一種雪崩二極體探測器光耦合系統及其測量方法與流程
2023-07-12 09:29:41
本發明涉及光譜測量技術領域，尤其是涉及光譜測量過程中的雪崩二極體探測器光耦合系統及其測量方法。
背景技術：
雪崩二極體單光子探測器是一種探測極微弱光的光電器件，單光子計數方法利用弱光照射下光子探測器輸出電信號自然離散的特點，採用脈衝甄別計數和數字計數技術把極其微弱的信號識別並提取出來。雪崩二極體單光子探測器是測量半導體單量子點微弱螢光的時間分辨、光子二階關聯光譜必不可少的儀器，可以用來研究單量子點自發輻射壽命、光子統計特性等光學性質。
在實際的光譜測量中，需要把微弱的樣品螢光耦合到雪崩二極體探測器中，從而得到螢光強度的信息。本領域常規的做法是用透鏡將樣品螢光聚焦到探測器的接受單元上，而接受單元的有效區域尺寸一般為幾十到幾百微米，所以需要通過三維位移臺調節探測器的位置，實現螢光耦合最佳，進而探測到的螢光強度較強。然而，樣品螢光強度要比日光燈甚至電腦屏幕光及各種儀器的指示燈光弱很多。
技術實現要素：
(一)要解決的技術問題
為解決上述問題，本發明提供一種在光譜測量過程中的雪崩二極體探測器光耦合系統及其測量方法，來實現方便、準確進行光譜測量。
(二)技術方案
根據本發明的一個方面，提供了一種雪崩二極體探測器光耦合系統，所述系統包括：光學密封盒、光譜儀、光纖、雪崩二極體探測器；
所述光譜儀，用於對樣品發射的光信號進行光譜過濾；
所述光學密封盒，固接於光譜儀的出射狹縫端，接收由光譜儀出射的光信號，並屏蔽外部雜散光；
光纖的輸入端固定至光學密封盒，接收所述光信號；
雪崩二極體探測器，其光纖接口連接光纖的輸出端，用於探測所述光信號。
根據本發明的另一個方面，提供了一種雪崩二極體探測器光耦合系統的測量方法，具體包括以下步驟：
調節透鏡三維調節架，調節耦合透鏡的位置，將光信號耦合至光纖；
連接光學密封盒與光譜儀，蓋上光學密封盒的上蓋，並擰緊固定螺絲，完成對外部雜散光的屏蔽；
通過監視雪崩二極體探測器的光信號強度，調節三軸光纖調節架，使光信號經耦合透鏡後恰好聚焦在光纖的輸入端的光纖纖芯上；
觀測雪崩二極體探測器完成測量。
(三)有益效果
從上述技術方案可以看出，本發明採用雪崩二極體探測器光耦合系統及其測量方法具有以下有益效果：
(1)通過設置光學密封盒，實現在微弱光的光譜測量過程中，有效屏蔽日光燈等雜散光；
(2)採用光纖將雪崩二極體探測器光耦合轉變為光纖的光耦合，通過調節置於光學密封盒外側壁的三軸光纖調節架使得光耦合調節更加方便和靈活。
附圖說明
圖1為根據本發明實施例採用的雪崩二極體探測器光耦合系統的結構示意圖；
圖2為圖1中三軸光纖調節架的示意圖；
圖3為根據本發明實施例採用的雪崩二極體探測器光耦合系統的測量方法的流程圖。
【主要元件符號說明】
1-光學密封盒；2-光譜儀；3-上下軸調節旋鈕；4-左右軸調節旋鈕；5-前後軸調節旋鈕；6-光纖；7-雪崩二極體探測器；8-準直透鏡；9-耦合透鏡三維調節架；10-耦合透鏡。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明作進一步的詳細說明。
本發明提供了一種雪崩二極體探測器光耦合系統，如附圖1所示，該系統主要包括：光學密封盒1、光譜儀2，準直透鏡8，耦合透鏡10，耦合透鏡三維調節架9，光纖6，三軸光纖調節架，雪崩二極體探測器7。光學密封盒1內的準直透鏡8接收經光譜儀2光譜過濾的光信號，經耦合透鏡10耦合至光纖6傳導至雪崩二極體探測器7進行探測，三軸光纖調節架用於調節光纖輸入端的位置，使光纖輸入端接收光信號達到最佳。
其中，所述準直透鏡8，耦合透鏡10，耦合透鏡三維調節架9，光纖6的輸入端位於所述光學密封盒1內，光信號在傳輸過程中與外界隔離，避免了外界雜散光，如日光燈、電腦屏幕或儀器指示燈等，對光信號的影響。
具體的，光學密封盒1，包括盒體及上蓋，均採用遮光材料，用於對外部雜散光的屏蔽，光學密封盒1的光信號入口對準光譜儀2的出射狹縫，接收從光譜儀2出射狹縫出射的光信號，該光學密封盒1和光譜儀2通過螺絲連接到一起，外部雜散光被屏蔽於光學密封盒之外，避免對光信號產生幹擾。
光學密封盒內部的準直透鏡8，用於對由光譜儀2出射並且進入光學密封盒的光信號進行準直，透鏡三維調節架9支撐耦合透鏡10，並用於調節耦合透鏡10的位置，將光信號耦合至光纖6。光纖6的輸入端穿過三軸光纖調節架中間的通孔並通過三軸光纖調節架固定至光學密封盒1內，光纖6輸入端位於光學密封盒1內用於接收光信號，雪崩二極體探測器7選用配置光纖接口的型號，光纖6的輸出端連接到雪崩二極體探測器7的光纖接口，用於將光纖6輸入端從光學密封盒1內接收到的光信號傳遞到雪崩二極體探測器7。
三軸光纖調節架，為光學密封型，光纖6從其中間的通孔穿過並固定於其上，三軸光纖調節架固定於光學密封盒1的外側壁上，其包括上下軸調節旋鈕3、左右軸調節旋鈕4、前後軸調節旋鈕5，如圖2所示，用於調節位於密封盒1內的光纖6輸入端的光纖纖芯的位置，其中上下軸調節旋鈕3、左右軸調節旋鈕4用於對光纖6和光信號在垂直光路傳播方向的光耦合優化調節，前後軸調節旋鈕5用於對光纖6和光信號在光路傳播方向上的光耦合優化調節。
本發明還提供了一種測量方法，採用前述的雪崩二極體探測器光耦合系統，具體包括以下步驟，如附圖3所示：
步驟S301調節透鏡三維調節架9，調節耦合透鏡10的位置，將光信號耦合至光纖6；
步驟S302連接光學密封盒1與光譜儀2，蓋上光學密封盒1的上蓋，並擰緊固定螺絲，完成對外部雜散光的屏蔽；
步驟S303通過監視雪崩二極體探測器7的光信號強度，調節三軸光纖調節架，使光信號經耦合透鏡10後恰好聚焦在光纖輸入端的光纖纖芯上；
步驟S304觀測雪崩二極體探測器7，完成測量。
如上所述，本發明採用光纖將雪崩二極體探測器光耦合轉變為光纖的光耦合，通過光學密封盒1完成了對外部雜散光的屏蔽，通過外置於光學密封盒1上的三軸光纖調節架的上下、左右、前後軸調節旋鈕3、4、5來完成微弱光信號和雪崩二極體探測器7的光耦合優化調節。
需要說明的是，在附圖或說明書正文中，未繪示或描述的實現方式，均為所屬技術領域中普通技術人員所知的形式，並未進行詳細說明。此外，上述對各元件和方法的定義並不僅限於實施例中提到的各種具體結構、形狀或方式，本領域普通技術人員可對其進行簡單地更改或替換。
應注意，附圖中各部件的形狀和尺寸不反映真實大小和比例，而僅示意本發明實施例的內容。
實施例中提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」等，僅是參考附圖的方向，並非用來限制本發明的保護範圍。此外，除非特別描述或必須依序發生的步驟，上述步驟的順序並無限制於以上所列，且可根據所需設計而變化或重新安排。並且上述實施例可基於設計及可靠度的考慮，彼此混合搭配使用或與其他實施例混合搭配使用，即不同實施例中的技術特徵可以自由組合形成更多的實施例。
以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。