光谱分析系统的制作方法

本发明涉及光学分析领域，尤其涉及一种光谱分析系统。

背景技术：

1、光谱分析系统是将多色光分解为光谱的科学仪器，利用光谱分析系统能够获取物体发射光或者反射光的光谱，进而分析出物质的成分、结构等信息，在环境检测、化学分析、良率探测等众多领域中广泛应用。

2、传统的光谱分析系统主要包括如下几种：1)基于光栅分光的光谱分析系统；2)基于透镜分光的共焦光谱分析系统；3)基于滤光元件的光谱分析系统；4)基于显微成像系统的光谱离轴测量装置。但是，第1种光谱分析系统中的光栅探测光谱通常适合探测紫外到近红外波段的光谱，探测带宽较窄。利用旋转光栅模块，虽然能够提升光谱测量系统的带宽，但会显著提升光谱测量系统的成本，并且旋转光栅模块机械固定部分容易磨损影响整个系统稳定性，将导致光谱测量系统使用寿命降低且光谱测量精度和可重复性下降。第2种光谱分析系统中集成在运动平台的光电探测器限制了系统小型化，同时，运动平台和光电探测器集成，运动平台机械运动时的震动将影响光电探测器接收信号，影响光谱测量精度和可靠性。第3种光谱分析系统中，滤光元件的个数限制导致其分辨率通常较低。第4种光谱测量系统中，通过离轴显微成像系统直接对整个聚焦区域的光强度进行成像，但聚焦光轴每个位置上的光强度均由不同波长的光共同贡献，记录单波长光信息时无法区分其他波长的光造成的影响，这将造成整个光谱测量系统分辨能力降低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种光谱分析系统。

2、为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种光谱分析系统，包括：

3、光源，所述光源用以发出待测光束；

4、色散模块，所述色散模块包括沿所述待测光束的光路方向依次设置的超表面准直单元、超表面色散单元，所述超表面准直单元具有用以准直所述光源发出的待测光束的第一超表面，所述超表面色散单元具有用以对准直后的待测光束进行会聚和色散使不同波长光的会聚点在光轴上散布的第二超表面；

5、光电探测装置，所述光电探测装置用以根据各会聚点获取不同波长光的强度。

6、作为本发明进一步改进的技术方案，所述超表面准直单元还包括第一衬底，所述第一超表面设于所述第一衬底；所述超表面色散单元还包括第二衬底，所述第二超表面设于所述第二衬底。

7、作为本发明进一步改进的技术方案，所述色散模块还包括衬底，所述衬底具有朝向所述光源的第一表面、与所述第一表面相对的第二表面，所述第一超表面设于所述第一表面，所述第二超表面设于所述第二表面。

8、作为本发明进一步改进的技术方案，所述光电探测装置包括：

9、反射组件，所述反射组件包括设于所述色散模块远离所述光源一侧的反射板、用以驱动所述反射板在各会聚点之间切换的驱动件，所述反射板的反射面朝向所述超表面色散单元；

10、位于所述待测光束的光路的透射反射镜，所述透射反射镜倾斜设置于所述光源与所述色散模块之间，所述透射反射镜的透射面朝向所述光源，所述透射反射镜的反射面朝向所述超表面准直单元；

11、光电探测器，所述光电探测器与所述光源相对所述透射反射镜对称设置。

12、作为本发明进一步改进的技术方案，所述光电探测器包括探测器本体、设于所述探测器本体朝向所述透射反射镜一侧的遮蔽板，所述遮蔽板上具有狭缝，所述狭缝与所述光源相对所述透射反射镜对称设置。

13、作为本发明进一步改进的技术方案，所述狭缝的宽度为10μm～200μm。

14、作为本发明进一步改进的技术方案，所述第一超表面与所述第二超表面均包括多个阵列式排布的超结构单元；所述第一超表面与所述第二超表面均包括绕光轴周向排列的第一区域、位于第一区域外周的第二区域，所述第二区域内超结构单元的径向周期对应小于第一区域内的超结构单元的径向周期，和/或所述第二区域内超结构单元的周向周期对应小于第一区域内的超结构单元的周向周期。

15、作为本发明进一步改进的技术方案，沿所述光轴的径向远离所述光轴的方向，所述第二区域内的超结构单元的径向周期以及周向周期均递减。

16、作为本发明进一步改进的技术方案，所述第一衬底具有设置所述第一超表面的第三表面、与所述第三表面相对的第四表面，所述第三表面与所述第四表面中的至少一侧设有至少一层增透保护膜，沿远离所述第一衬底的方向，所述增透保护膜依次包括层叠设置的氮化硅膜、氧化硅膜；

17、和/或，所述第二衬底具有设置所述第二超表面的第五表面、与所述第五表面相对的第六表面，所述第五表面与所述第六表面中的至少一侧设有至少一层增透保护膜，沿远离所述第二衬底的方向，所述增透保护膜依次包括层叠设置的氮化硅膜、氧化硅膜。

18、作为本发明进一步改进的技术方案，所述第一表面与所述第二表面至少一侧设有至少一层增透保护膜，沿远离所述衬底的方向，所述增透保护膜依次包括层叠设置的氮化硅膜、氧化硅膜。

19、本发明的有益效果是：本发明中的光谱分析系统，利用具有第一超表面的超表面准直单元替代现有的准直透镜，同时利用具有第二超表面的色散单元代替现有的色散透镜或者光栅，因超表面的色差比传统的折射光学透镜更为明显，导致不同波长的单色光焦距的差距更大，易于区分，极大增大了光谱分析系统的分辨能力，且能够实现所述光谱分析系统的小型化；同时，所述第一超表面以及所述第二超表面能够通过刻蚀于平面光学介质材料上的超结构单元实现光学电磁波相位的任意调控，并且可通过成熟的半导体生产工艺实现低成本的批量化生产，降低了整个系统的成本。

技术特征：

1.一种光谱分析系统，其特征在于：包括：

2.如权利要求1所述的光谱分析系统，其特征在于：所述超表面准直单元还包括第一衬底，所述第一超表面设于所述第一衬底；所述超表面色散单元还包括第二衬底，所述第二超表面设于所述第二衬底。

3.如权利要求1所述的光谱分析系统，其特征在于：所述色散模块还包括衬底，所述衬底具有朝向所述光源的第一表面、与所述第一表面相对的第二表面，所述第一超表面设于所述第一表面，所述第二超表面设于所述第二表面。

4.如权利要求1所述的光谱分析系统，其特征在于：所述光电探测装置包括：

5.如权利要求4所述的光谱分析系统，其特征在于：所述光电探测器包括探测器本体、设于所述探测器本体朝向所述透射反射镜一侧的遮蔽板，所述遮蔽板上具有狭缝，所述狭缝与所述光源相对所述透射反射镜对称设置。

6.如权利要求5所述的光谱分析系统，其特征在于：所述狭缝的宽度为10μm～200μm。

7.如权利要求1所述的光谱分析系统，其特征在于：所述第一超表面与所述第二超表面均包括多个阵列式排布的超结构单元；所述第一超表面与所述第二超表面均包括绕光轴周向排列的第一区域、位于第一区域外周的第二区域，所述第二区域内超结构单元的径向周期对应小于第一区域内的超结构单元的径向周期，和/或所述第二区域内超结构单元的周向周期对应小于第一区域内的超结构单元的周向周期。

8.如权利要求7所述的光谱分析系统，其特征在于：沿所述光轴的径向远离所述光轴的方向，所述第二区域内的超结构单元的径向周期以及周向周期均递减。

9.如权利要求2所述的光谱分析系统，其特征在于：所述第一衬底具有设置所述第一超表面的第三表面、与所述第三表面相对的第四表面，所述第三表面与所述第四表面中的至少一侧设有至少一层增透保护膜，沿远离所述第一衬底的方向，所述增透保护膜依次包括层叠设置的氮化硅膜、氧化硅膜；

10.如权利要求3所述的光谱分析系统，其特征在于：所述第一表面与所述第二表面至少一侧设有至少一层增透保护膜，沿远离所述衬底的方向，所述增透保护膜依次包括层叠设置的氮化硅膜、氧化硅膜。

技术总结本发明提供一种光谱分析系统，包括：光源，所述光源用以发出待测光束；色散模块，所述色散模块包括沿所述待测光束的光路方向依次设置的超表面准直单元、超表面色散单元，所述超表面准直单元具有用以准直所述光源发出的待测光束的第一超表面，所述超表面色散单元具有用以对准直后的待测光束进行会聚和色散使不同波长光的会聚点在光轴上散布的第二超表面；光电探测装置，所述光电探测装置用以根据各会聚点获取不同波长光的强度；极大增大了光谱分析系统的分辨能力，且能够实现所述光谱分析系统的小型化，降低了整个系统的成本。技术研发人员：韩旭,史坦,戴安丽,范鸿杰受保护的技术使用者：苏州山河光电科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1