專利名稱：空間多通道激光誘導熒光同步檢測的光纖耦合裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光纖耦合裝置，尤其涉及一種空間多通道激光誘導熒光同步檢測的光纖耦合裝置，用于同時檢測不同樣本的激光誘導熒光光譜，屬于光學技術領域。
為了實現上述目的，本發明設計的光纖耦合裝置采用了空間多通道激光誘導熒光采集光纖結構，將普通的非成像型光譜儀，與線陣或面陣光電傳感器(例如CCD或ICCD)等配合，組成可以對兩個或更多個不同的點同時進行熒光檢測的測量裝置。本發明按功能劃分為三個部分激發光耦合部分、探頭部分和熒光采集耦合部分。
在激發光耦合部分，采用光分束鏡和聚焦透鏡，將激光器輸出的激發光束分離成幾束光強相等的光束，并分別耦合到多根激發光纖的輸入端。在激發采集探頭部分，每一根激發光纖周圍均勻圍繞排列等數量的熒光采集光纖，端面研磨平滑光亮，外側套以定位套筒。在熒光采集耦合部分，分別將熒光采集光纖的輸出光束排列成線陣，耦合入光譜儀狹縫，每一束光纖在耦合端均加上套筒光闌并對準光譜儀狹縫。調整光纖在套筒光闌中的軸向位置，使得熒光在探測焦平面上沿縱向即與狹縫平行方向完全分開，達到空間熒光分離的目的。置于探測焦平面上的光電傳感器將不同區域的熒光光譜檢測出來，實現空間多點熒光同步檢測。
本發明的有益效果是，可以同時保證空間不同的激光誘導熒光測量點的測試條件相同，包括測量點的激發光能量密度相同、熒光采集空間立體角相同和在相同樣本條件下的熒光光譜強度相同。由此可以在樣品的激發條件和熒光采集條件以及探測系統完全相同的情況下同時檢測樣品的熒光光譜，通過得到的被測樣品不同的熒光光譜信息，來反映樣品本身的特性差異。本發明有效提高了檢測結果的精確度和準確度，提高檢測效率，降低樣本數量，降低成本，可實現單一樣本的特征參數測量。
本發明可以解決生物、醫學以及化學反應等動態過程中熒光物質的同步參照檢測問題。例如，本發明的裝置在皮膚癌激光誘導熒光早期診斷應用中，可以同時檢測同一患者皮膚正常部位和異常部位的熒光譜，通過參照對比分析，得到診斷結果。避免了不同個體的特異性帶來的診斷誤差，也避免了傳統單一檢測通道探頭必須分時測量從而帶來測試條件改變引起的隨機誤差。
圖1是本發明光纖耦合裝置(三通道)的整體結構示意圖。
如圖1所示，本發明裝置由三部分組成，包括激發光耦合部分、激發采集探頭部分和熒光采集耦合部分。其中，激光器1，兩片激光波長透過率不同的光分束鏡2、3，聚焦透鏡4，激發光纖5，激發采集探頭6，定位套筒7，檢測樣本8，采集光纖束9，套筒光闌10，采集光纖調整套筒11，光譜儀狹縫12，光電傳感器13，曝光像元區14。
圖2是本發明裝置中的激發采集探頭結構示意圖。
圖3是本發明裝置中的熒光采集耦合部分結構示意圖。
如圖1所示，本發明裝置包括激發光耦合部分、激發采集探頭部分和熒光采集耦合部分。激發光耦合部分的功能是產生三束等光功率的激光，并分別耦合到激發光纖中。激光器1輸出的激光束光功率為P0，在分束鏡2(T2＝33.3％)處分為兩束，分束鏡平面與激光束夾角為45°，透射的光功率為P0/3，反射光束在分束鏡3(T3＝50％)處分為兩束。經過分束鏡2和分束鏡3分束得到的三束光的光功率相等，為P0/3。三束光分別用聚焦透鏡4耦合入石英激發光纖5。
本發明中，光分束鏡的透過率T與反射率R之和為1。
對于不同通道數量，光分束鏡的透過率可按照下面公式計算Ti+2＝1/(n-i) i＝0，1…n-2其中n是通道數量，透過率T的下腳標序號與圖1中光分束鏡標號對應。
激發采集探頭部分的功能是用激發光纖輸出的激光激發樣品，并將樣品產生的熒光收集起來，由熒光采集光纖傳輸到熒光采集耦合部分。其結構如圖2所示。激發光纖5周圍均勻環繞采集光纖9，用膠粘結固定，端面研磨平滑光亮，組成激發采集探頭6。探頭6外套以定位套筒7，起調整激發采集光纖9的端面到樣本8距離的作用。激發光纖5傳輸過來的紫外光在樣本8處激發組織后產生的熒光經采集光纖9傳輸，耦合入光譜儀。
熒光采集耦合部分的功能是將樣品熒光進行空間和光譜二維分光，結構如圖3所示。每組采集光纖9排成線陣，插入采集光纖調整套筒11并粘結其中，采集光纖調整套筒11外面套以套筒光闌10，使排列成線陣的光纖對準光譜儀狹縫12。沿平行于狹縫方向調整套筒光闌10之間的距離，以及沿套筒軸線方向，調整采集光纖調整套筒11在套筒光闌10中的位置，使位于焦平面光電傳感器13上的三組曝光像元區14嚴格分開。
本發明裝置得以有效實施的關鍵條件在于①空間不同測試點的激發光能量密度相同；②采集光纖端面相對于測試點的空間位置相同；③在滿足①和②條件下，對于同一樣品的不同測試點，光電傳感器采集的光譜信號強度和形狀相同。
為達到條件①的要求，可通過調整圖1中的光分束鏡2、3和三個聚焦透鏡4，用光功率計在激發光纖5的另一端測量輸出光功率，使三個輸出端的光功率相等；此外，調整定位套筒7，使激發光纖的三個輸出端到檢測樣品面的距離相等。由于使用的激發光纖相同，有同樣的數值孔徑，因此，樣品上被激發光照亮的光斑大小相同，即被測試點的激發光能量密度相同。
條件②要靠光纜加工質量保證，使采集光纖9均勻地排列在激發光纖5周圍，端面均在同一平面；調整定位套筒7，使激發光纖的三個輸出端到樣品面的距離相等，這樣來保證樣品上的光斑對采集光纖端面有相同的立體張角。
在達到①和②條件要求情況下，將三個激發采集頭置于同一標準樣品的三個不同點(這里要求標準樣品不同點出的熒光效率是相同的)，調整采集光纖調整套筒11在套筒光闌10中的軸向位置，使光電傳感器13上的三組曝光像元區14嚴格分開，并且保持光譜強度相等。
光譜檢測時，分別將光電傳感器13上三個區域縱向像元探測的強度相加，即得到三個測試點在相應波長的強度。由于光譜儀在水平方向有分光作用，因此空間(縱向)分開的三束光在水平方向也是按波長分開的。
權利要求
1.一種空間多通道激光誘導熒光同步檢測的光纖耦合裝置，其特征在于包括激發光耦合、激發采集探頭和熒光采集耦合三部分，激光器(1)輸出的激光束經光分束鏡(2、3)分束后得到光功率相等的光束，分別經聚焦透鏡(4)耦合入石英激發光纖(5)，激發光纖(5)輸出端周圍均勻環繞熒光采集光纖(9)，組成激發采集探頭(6)，探頭(6)外套以定位套筒(7)，每組采集光纖(9)排成線陣，插入采集光纖調整套筒(11)中，外面套以套筒光闌(10)使采集光纖(9)對準光譜儀狹縫(12)，光譜儀出射光焦平面上放置光電傳感器(13)。
2.如權利要求1所說的空間多通道激光誘導熒光同步檢測的光纖耦合裝置，其特征在于光分束鏡(2、3)的透過率分別為T2＝33.3％，T3＝50％，其平面與激光束夾角為45°，激光器(1)輸出的激光束光功率為P0，經過光分束鏡(2)和光分束鏡(3)得到的光功率為P0/3。
3.如權利要求1所說的空間多通道激光誘導熒光同步檢測的光纖耦合裝置，其特征在于光分束鏡(2、3)的透過率T與反射率R之和為1。
全文摘要
一種空間多通道激光誘導熒光同步檢測的光纖耦合裝置,激光器輸出的激光束經光分束鏡和聚焦透鏡等功率地耦合入激發光纖,激發光纖的輸出端周圍均勻環繞等數量的熒光采集光纖組成激發采集探頭并套以定位套筒,熒光采集光纖排列成線陣置于套筒光闌中并對準光譜儀狹縫,光譜儀出射光焦平面上放置光電傳感器。本發明可以同時保證空間不同的激光誘導熒光測量點的測試條件相同,包括測量點的激發光能量密度相同、熒光采集空間立體角相同和在相同樣本條件下的熒光光譜強度相同,可以解決生物、醫學以及化學反應等動態過程中熒光物質的同步參照檢測問題。
文檔編號G01N21/64GK1389722SQ02136100
公開日2003年1月8日 申請日期2002年7月18日 優先權日2002年7月18日
發明者于常青, 趙海鷹, 方為軍, 竇曉鳴 申請人:上海交通大學