本實用新型屬于光學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種面向UV膠固化微透鏡的多波長近紫外光源系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

微全分析系統(tǒng)已發(fā)展成為當(dāng)前世界最前沿科研領(lǐng)域之一，其實質(zhì)是在信用卡大小的芯片里集成不同微型設(shè)備，并完成樣本采集、預(yù)處理、混合、分離和檢測等功能，該系統(tǒng)的核心技術(shù)是微流控技術(shù)。熒光譜微檢測技術(shù)由于選擇性好、靈敏度高以及非破壞性，已成為微全分析芯片領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛和靈敏度最高的檢測技術(shù)之一。傳統(tǒng)光電器件及其光路因體積大而不能嵌入芯片,新研制的光電器件雖已縮微，但由于傳感器工作面的減小而使檢測靈敏度大幅度下降。研究微體積高靈敏的光譜檢測系統(tǒng)已成為目前各國生物芯片檢測領(lǐng)域的熱門課題。

提高微體積光譜檢測系統(tǒng)的靈敏度的關(guān)鍵之一是光學(xué)微透鏡的制作工藝及其所使用的設(shè)備。傳統(tǒng)方法制作出來的光學(xué)透鏡已經(jīng)很難在尺寸和重量上滿足其在光通訊和成像方面的社會需求，且制作工藝復(fù)雜。微光技術(shù)制造的光學(xué)元件以其體積小、重量輕、便于集成化等優(yōu)點成為新的發(fā)展方向。傳統(tǒng)透鏡的微型化成為一種趨勢。

為提高生物芯片熒光譜微檢測系統(tǒng)的靈敏度，使用適當(dāng)非球面頂冠微透鏡是必要的，它可以改善聚焦效果、增加光子采集總量,達到生物檢測的技術(shù)要求。

有關(guān)文獻和我們前期成果表明:具有特定曲面形狀的光學(xué)微透鏡可增大系統(tǒng)的光子采集總量，微透鏡與微檢測工作端面高精度地同光軸粘合可增大系統(tǒng)的光強聚焦效率。摻納米石英可提高其力學(xué)性能與光潔度而增大光透過率。實際粘性液滴靜態(tài)沾濕潤濕狀態(tài)的頂冠都為球面。但光膠滴自由落到基面,從沖擊變形到恢復(fù)沾濕穩(wěn)定狀態(tài)過程 中,其頂冠形狀會兩次出現(xiàn)各類非球面頂冠交替變化。

基于這種現(xiàn)象和適時勻束激光照射，在微系統(tǒng)實際工作面上動態(tài)捕獲含納米石英粒子光膠滴的非球面頂冠,并固化成吻合設(shè)計形狀微透鏡,這就是采用光學(xué)膠滴原位動態(tài)固化成形光學(xué)微透鏡的激光制造技術(shù)。也就是,在工作面需要安裝透鏡的位置上,直接將紫外光固化膠滴用紫外激光固化成具有特定非球面頂冠形狀的光學(xué)微透鏡。

目前國內(nèi)外的光學(xué)微透鏡有多種生產(chǎn)工藝技術(shù)，歸納分類后包括:光學(xué)樹脂液滴噴印法、熱塑模制法和多類光刻蝕成形法等。

光學(xué)樹脂液滴噴印法就是基于RPM(Rapid Prototyping Manufacturing，快速原型制造)技術(shù)的三維打印技術(shù)。其實質(zhì)是,將任何復(fù)雜的東西,在X,Y軸方向切成片,然后在Z軸方向疊加。其好處是,用片層分解對應(yīng)任何復(fù)雜的東西。其壞處是,任何復(fù)雜或簡單的東西,都必須通過片層疊加來實現(xiàn),很難簡化。

光刻蝕成形法的基本思路也是RPM技術(shù)思路。必須采用多層干法或濕法進行刻蝕，不斷移動和更換掩模來產(chǎn)生所設(shè)計平面,然后通過再層層疊加實現(xiàn)立體成形。

目前國外的三維打印技術(shù)中最小層厚度為十幾微米。然而不管層厚度多小,使用RPM技術(shù)制造的微透鏡,其非球表面顯微結(jié)構(gòu)是環(huán)形鋸齒或階梯形多層疊加而“拼接連成的非球表面”。片層之間由于發(fā)生物理和化學(xué)變化以及制造時間的差異,使片層之間內(nèi)應(yīng)力不均勻,而發(fā)生變形，鋸齒或階梯形尺度還可能被放大。

由于微小光子的反射和折射規(guī)律,鋸齒或階梯形多層環(huán)形表面疊加而成的“拼接連成的非球表面”會帶來的巨大的光損失,使這種光學(xué)微透鏡失去了應(yīng)有的光學(xué)性能和光學(xué)意義。另外,熱塑模制法需要制備高質(zhì)量和高精度的模板，無疑這將使制造工藝變得非常復(fù)雜。其還面臨兩個技術(shù)難題，即如何將光學(xué)微透鏡高精確度地剝離基材，如何將光學(xué)微透鏡與系統(tǒng)工作端面高精確度地同光軸粘合。

采用光學(xué)膠滴原位動態(tài)固化成形光學(xué)微透鏡的激光制造技術(shù)不但避開了“拼接連成的非球表面”,還避開了上述兩個技術(shù)難題。其 工藝和設(shè)備簡單,精度高,通過具體研究,個別指標的精度可達納米級。

紫外固化光學(xué)膠透明無色，在紫外光照射下即可固化成液態(tài)光聚物。紫外膠具有廣泛的光學(xué)應(yīng)用，可以生產(chǎn)出高品質(zhì)的光學(xué)組件，在所處工作環(huán)境變化時仍能確保長期特性，具有極好的透光性，低收縮和輕微的彈性。它是單組分且100％實體，即膠體質(zhì)量均勻，無氣泡，固化速度極快。其直接照射紫外線即可實現(xiàn)固化，因而不需要通常的預(yù)混合、干燥或熱固化等操作。

UV膠最適合于在玻璃表面、金屬、玻璃纖維和玻璃填充塑料上進行光學(xué)粘結(jié)。他被廣泛用于軍用、工業(yè)光學(xué)中粘結(jié)透鏡、端接或接續(xù)光纖、棱鏡等。UV膠老化后，可承受-150℃到+125℃的溫度范圍，生物酶的活性在一般在100C以下，應(yīng)用于生物芯片檢測的光學(xué)組件長期工作溫度上限是+125C，因此UV膠是完全可以滿足植入生物芯片檢測系統(tǒng)中進行熒光檢測的耐溫要求。

因此使用UV膠制備光學(xué)微透鏡是可行的。

然而，UV輻射固化光引發(fā)劑的種類很多,共分為:自由基型光引發(fā)劑、陽離子型光引發(fā)劑、水溶性光引發(fā)劑、混雜型光引發(fā)劑、高分子型光引發(fā)劑和可聚合的光引發(fā)劑。它們的最大吸收峰值所在的光譜位置大不相同,感光范圍差別很大。而目前在近紫外范圍(300—400nm)內(nèi)的紫外激光器只有光波長355nm一種。

不同UV輻射固化光引發(fā)劑的UV輻射固化膠的最大吸收峰值，由于其所在的光譜位置大不相同，感光范圍差別很大，目前，還沒有可以面向UV膠固化微透鏡的多波長近紫外光源系統(tǒng)，在微透鏡制造過程中，以獲得最佳物理性能(表面光潔度、固化硬度等)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種面向UV膠固化微透鏡的多波長近紫外光源系統(tǒng)。

為解決上述問題，本實用新型采用如下的技術(shù)方案：

一種多波長近紫外光源系統(tǒng)包括：聚光器組、移光器和混合器， 聚光器組由多個氙燈聚光器組成；其中，

所述氙燈聚光器包括：外殼、球面反射鏡、氙燈、大透鏡、小透鏡和干涉濾光片；所述外殼為密閉式金屬圓筒，在所述密閉式金屬圓筒內(nèi)自左向右依次安裝所述球面反射鏡、氙燈、大透鏡、小透鏡和干涉濾光片，所述球面反射鏡、氙燈、大透鏡、小透鏡和干涉濾光片均固定在所述密閉式金屬圓筒內(nèi)壁上；所述氙燈出射的光依次經(jīng)大透鏡、小透鏡、干涉濾光片、移光器和混合器。

作為優(yōu)選，所述球面反射鏡半徑為120mm，氙燈半徑為10mm，大透鏡孔徑為100mm，大透鏡的焦距為50mm，小透鏡孔徑為6mm，小透鏡焦距為30mm，干涉濾光片孔徑為100mm；氙燈與球面反射鏡頂端間的距離為60mm，氙燈與大透鏡間的距離為150mm，大透鏡與小透鏡間的距離為105mm，小透鏡與干涉濾光片間的距離為5mm。

作為優(yōu)選，多個氙燈聚光器排列成一個圓。

作為優(yōu)選，所述移光器包含：第一中空多面棱錐臺和第二中空多面棱錐臺，第一中空多面棱錐臺包含第一頂端和第一底端，所述第一底端為光輸入端，所述第一頂端為光輸出端，第二中空多面棱錐臺包含第二頂端和第二底端，所述第二底端為光輸入端，所述第二頂端為光輸出端，所述第二中空多面棱錐臺位于第一中空多面棱錐臺的中空部內(nèi)，所述第一中空多面棱錐臺和第二中空多面棱錐臺通過若干輻條連接，所述第一中空多面棱錐臺和第二中空多面棱錐臺具有相同數(shù)量的側(cè)面，所述第一中空多面棱錐臺和第二中空多面棱錐臺共有多對側(cè)面，且每對側(cè)面互相平行。

作為優(yōu)選，所述混合器為一中空圓錐筒，其包含第三頂端和第三底端，所述第三底端為光輸入端，所述第三頂端為光輸出端；所述第三底端的直徑為30mm～40mm，所述第三頂端的直徑為小于5mm。

作為優(yōu)選，在所述第三頂端設(shè)有第三透鏡，所述第三透鏡的直徑為3mm，所述第三透鏡的焦距3.34mm。

作為優(yōu)選，所述第一中空多面棱錐臺的內(nèi)側(cè)壁鍍設(shè)增反膜，所述第二中空多面棱錐臺的外側(cè)壁鍍設(shè)增反膜。

作為優(yōu)選，所述第一中空多面棱錐臺和第二中空多面棱錐臺采用玻璃或金屬制作而成。

作為優(yōu)選，所述中空圓錐筒的內(nèi)壁鍍設(shè)增反膜。

本實用新型的面向UV膠固化微透鏡的多波長近紫外光源系統(tǒng)通過控制改變干涉濾光片的薄膜厚度和層數(shù)從而實現(xiàn)發(fā)射多譜段紫外光，并且通過多個氙燈聚光器組合排列從而實現(xiàn)發(fā)射高能量紫外光，因此可以進而代替紫外激光束。由于不同的UV膠的最大吸收峰值所在的光譜位置大不相同，感光范圍差別很大。此多波長近紫外光源系統(tǒng)不僅降低了傳統(tǒng)光源成本，還可以針對不同UV膠實現(xiàn)固化效率的最大化。所以建立多波長近紫外光源系統(tǒng)對光學(xué)微透鏡制造有很重要意義，可以獲得最佳物理性能(表面光潔度,固化硬度等)的光學(xué)微透鏡，具有研究價值。

附圖說明

圖1為本實用新型的多波長近紫外光源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型多波長近紫外光源系統(tǒng)的氙燈聚光器的分解結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型多波長近紫外光源系統(tǒng)的聚光器組中氙燈聚光器排列的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖3a為在氙燈電極長度允許情況下7個氙燈聚光器排列示意圖，圖3c為在氙燈電極長度允許情況下9個氙燈聚光器排列示意圖，圖3b為在氙燈電極長情況下7個氙燈聚光器排列示意圖，圖3d為在氙燈電極長情況下9個氙燈聚光器排列示意圖；

圖4為本實用新型多波長近紫外光源系統(tǒng)的移光器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本實用新型多波長近紫外光源系統(tǒng)的混光器結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步說明。

如圖1所示，本實用新型實施例提供一種多波長近紫外光源系統(tǒng) 包括：聚光器組、移光器2和混合器3，其中，聚光器組由多個氙燈聚光器1組成。

如圖2所示，氙燈聚光器1包括：外殼1-1、球面反射鏡4、氙燈5、大透鏡6、小透鏡7和干涉濾光片8；為了減小聚光過程中的光能量損失，所述外殼1-1為密閉式金屬圓筒，在所述密閉式金屬圓筒內(nèi)自左向右依次安裝所述球面反射鏡4、氙燈5、大透鏡6、小透鏡7和干涉濾光片8，所述球面反射鏡4、氙燈5、大透鏡6、小透鏡7和干涉濾光片8均固定在所述密閉式金屬圓筒內(nèi)壁上，所述氙燈5出射的光依次經(jīng)大透鏡6、小透鏡7、干涉濾光片8、移光器2和混合器3。此外，為了增加氙燈聚光器1的光能量，在球面反射鏡4上以及金屬圓筒內(nèi)壁上鍍一層銀或鉻，起到反射光的作用。對于氙燈聚光器1各個結(jié)構(gòu)元件參數(shù)如下：球面反射鏡4半徑為120mm，氙燈5半徑為10mm，大透鏡6孔徑為100mm、焦距為50mm，小透鏡7孔徑為6mm、焦距為30mm，干涉濾光片8孔徑為100mm。其中元件間距離參數(shù)如下：氙燈與球面反射鏡頂端間的距離為60mm，氙燈與大透鏡間的距離為150mm，大透鏡與小透鏡間的距離為105mm，小透鏡與干涉濾光片間的距離為5mm。

由于本實用新型的光源系統(tǒng)為面向UV膠固化微透鏡的紫外光光源系統(tǒng)，因此光源主要用于研究UV膠被紫外光照射時的凝固特性，需要將氙燈5光譜中特定波長的紫外光過濾出來；因此本光源系統(tǒng)采用干涉濾光片8，通過控制薄膜厚度和層數(shù)，從而控制過濾光的波長，此方法結(jié)構(gòu)簡單、成本低、效率高。

為了加大紫外光源亮度，可使用多個氙燈聚光器1組成聚光器組。分為七燈系統(tǒng)與九燈系統(tǒng)兩種設(shè)計思路。如圖3所示，用7個或者9個氙燈聚光器1排列成一個圓，如果氙燈電極長度允許的話，可緊密排列，只要將聚光器捆綁在一起即可，即如圖3a、3c；若氙燈電極長，無法捆綁，則可以疏散排列，即如圖3b、3d，此時需要兩個圓盤支架，每個圓盤子上打7個或者9個孔，將聚光器1插入，兩個盤支架分別置于聚光器1的前后兩端，從而完成聚光器組固定。

從聚光器組出射的光必須合在一起，但由于它們是平行的并且比較分散，在將它們混合之前要將四周的光束平移到盡量接近中心光束，為此需要使用移光器2。所述移光器2包含：第一中空多面棱錐臺和第二中空多面棱錐臺，第一中空多面棱錐臺包含第一頂端和第一底端，所述第一底端為光輸入端，所述第一頂端為光輸出端，第二中空多面棱錐臺包含第二頂端和第二底端，所述第二底端為光輸入端，所述第二頂端為光輸出端，所述第一中空多面棱錐臺和第二中空多面棱錐臺采用玻璃或金屬制作而成，所述第二中空多面棱錐臺位于第一中空多面棱錐臺的中空部內(nèi)，所述第一中空多面棱錐臺和第二中空多面棱錐臺通過若干輻條連接，所述第一中空多面棱錐臺和第二中空多面棱錐臺具有相同數(shù)量的側(cè)面，所述第一中空多面棱錐臺和第二中空多面棱錐臺共有多對側(cè)面，且每對側(cè)面互相平行；所述第一中空多面棱錐臺的內(nèi)側(cè)壁鍍設(shè)針對370nm光的增反膜，所述第二中空多面棱錐臺的外側(cè)壁鍍設(shè)針對370nm光的增反膜。

以七燈系統(tǒng)的聚光器組，將四周的6束光經(jīng)兩次反射后平移至中心光束周圍，移光器2為兩個中空六棱錐臺的組合，如圖4所示，這樣聚光器組外圍的6束光便可分別經(jīng)過這6對平面反射鏡平移到中心附近，聚光器組中心處的光束不需平移。對于九燈系統(tǒng)的聚光器組，移光器2則為兩個中空八棱錐臺的組合

從移光器2出來的光雖然是彼此接近的平行光，但還是多束分離的平行光束，在橫截面上的照射面積還是較大，不能滿足照射UV膠的需求，因此將這些平行光束射入混光器3中，將它們合在一起并同時壓縮直徑。如圖5所示，所述混合器3為一中空圓錐筒，其包含第三頂端和第三底端，所述第三底端為光輸入端，所述第三頂端為光輸出端；為了能接收所有光束，所述第三底端的直徑為30mm～40mm；對于UV膠的需求，所述第三頂端的直徑為小于5mm；在所述第三頂端設(shè)有第三透鏡9，為了使最終照射光學(xué)膠的光束能量密度達到最大，所述第三透鏡的直徑為3mm，所述第三透鏡的焦距3.34mm；為了減小雜散光的損失，所述中空圓錐筒的內(nèi)壁鍍設(shè)針對370nm光的增反膜。

為了簡化整個光源系統(tǒng)空間體積，可以在條件容許的情況下，將聚光器組本身做成傾斜的，即在前端使用圓盤支架將聚光器疏散排列，但在后端使用捆綁方式緊密排列；這樣從聚光器組出射的光束不再是平行光束，除中心光束仍是水平方向以外，其余光束都發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，而指向中心光束；這時在橫截面上的光照范圍縮小了，可直接將光束射入混光器中，從而省去移光器。

本實用新型的面向UV膠固化微透鏡的多波長近紫外光源系統(tǒng)通過控制改變干涉濾光片的薄膜厚度和層數(shù)從而實現(xiàn)發(fā)射多譜段紫外光，并且通過多個氙燈聚光器組合排列從而實現(xiàn)發(fā)射高能量紫外光，因此可以進而代替紫外激光束。由于不同的UV膠的最大吸收峰值所在的光譜位置大不相同，感光范圍差別很大。此多波長近紫外光源系統(tǒng)不僅降低了傳統(tǒng)光源成本，還可以針對不同UV膠實現(xiàn)固化效率的最大化。所以建立多波長近紫外光源系統(tǒng)對光學(xué)微透鏡制造有很重要意義，可以獲得最佳物理性能(表面光潔度,固化硬度等)的光學(xué)微透鏡，具有研究價值。

以上實施例僅為本實用新型的示例性實施例，不用于限制本實用新型，本實用新型的保護范圍由權(quán)利要求書限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在本實用新型的實質(zhì)和保護范圍內(nèi)，對本實用新型做出各種修改或等同替換，這種修改或等同替換也應(yīng)視為落在本實用新型的保護范圍內(nèi)。