FI111191B - Optinen mittapää ja optisen mittapään valmistusmenetelmä - Google Patents
Optinen mittapää ja optisen mittapään valmistusmenetelmä Download PDFInfo
- Publication number
- FI111191B FI111191B FI20002250A FI20002250A FI111191B FI 111191 B FI111191 B FI 111191B FI 20002250 A FI20002250 A FI 20002250A FI 20002250 A FI20002250 A FI 20002250A FI 111191 B FI111191 B FI 111191B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- pass filter
- radiation
- optical
- optical fiber
- measuring head
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 64
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 9
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 104
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 30
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 claims description 29
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 28
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 22
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 16
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 16
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 15
- MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 5-phenyl-2h-tetrazole Chemical group C1=CC=CC=C1C1=NNN=N1 MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 8
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 claims description 6
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 229910052980 cadmium sulfide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000002964 excitative effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 4
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 3-(oxolan-2-yl)propanoic acid Chemical compound OC(=O)CCC1CCCO1 WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- KXNLCSXBJCPWGL-UHFFFAOYSA-N [Ga].[As].[In] Chemical compound [Ga].[As].[In] KXNLCSXBJCPWGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- QWUZMTJBRUASOW-UHFFFAOYSA-N cadmium tellanylidenezinc Chemical compound [Zn].[Cd].[Te] QWUZMTJBRUASOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 3
- 229910000833 kovar Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000005079 FT-Raman Methods 0.000 claims description 2
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 claims 3
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 claims 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims 3
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims 2
- FTWRSWRBSVXQPI-UHFFFAOYSA-N alumanylidynearsane;gallanylidynearsane Chemical compound [As]#[Al].[As]#[Ga] FTWRSWRBSVXQPI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);selenium(2-) Chemical group [Se-2].[Cd+2] UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims 2
- CJOBVZJTOIVNNF-UHFFFAOYSA-N cadmium sulfide Chemical compound [Cd]=S CJOBVZJTOIVNNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 42
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 12
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 5
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 3
- -1 CdxZn ^ Te Chemical compound 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AQCDIIAORKRFCD-UHFFFAOYSA-N cadmium selenide Chemical compound [Cd]=[Se] AQCDIIAORKRFCD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/65—Raman scattering
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/02—Details
- G01J3/0256—Compact construction
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/44—Raman spectrometry; Scattering spectrometry ; Fluorescence spectrometry
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Description
111191
Optinen mittapää ja optisen mittapään valmistusmenetelmä
Keksinnön ala
Keksinnön kohteena on mittapää, joka sopii optisten ilmiöiden mittaukseen ja erityisesti Raman-sironnan mittaukseen.
5 Keksinnön tausta
Indusoidussa optisessa ilmiössä kuten Raman-sironnassa indusoiva säteily saa mitattavan kohteen säteilemään eri aallonpituudella kuin indusoiva säteily. Mitattavasta kohteesta lähtevän indusoituneen säteilyn aallonpituudet ovat ainakin osittain lähellä indusoivan säteilyn aallonpituutta ja in-10 dusoituneen säteilyn intensiteetti on tavallisesti erittäin paljon pienempi kuin indusoivan säteilyn intensiteetti. Tällaisen optisen ilmiön mittaus on teknisesti vaativaa, koska on indusoiva säteily, joka heijastuu tai siroaa aallonpituudeltaan muuttumattomana mitattavasta kohteesta, tulee poistaa detektorille tulevasta säteilystä vaimentamatta tarpeettomasti indusoitunutta säteilyä. Mitta-15 päässä, jota käytetään indusoituneen säteilyn mittauksessa, indusoivan säteilyn poistamiseen käytetään jyrkkää optista suodatinta, jollaisia ovat esimerkiksi interferenssisuodatin ja holografinen kapeakaistainen kaistanestosuodatin (notch filter).
Sekä interferenssisuodattimen että holografisen kapeakaistaisen 20 kaistanestosuodattimen käyttöön mittapäässä liittyy kuitenkin ongelmia. Suodattimet toimivat vain kollimoidulla säteilyllä ja pienikin poikkeama säteilyn > kohtauskulmassa suodattimelle saa aikaan suodattimen estokaistan aallonpi tuudessa muutoksen, joka voi pilata esimerkiksi Raman-sironnan mittauksen.
;i : Suodatinta on kuitenkin vaikea asentaa tarkasti ja esimerkiksi tärinä voi 25 muuttaa säteilyn kohtauskulmaa suodattimelle (suodatin liikkuu tai joku muu optinen komponentti liikkuu). Tällainen kulmariippuvuus on erityisen suuri ongelma holografisella kaistanestosuodattimella. Interferenssisuodattimen on-, , gelma on myös se, että interferenssisuodattimia tarvitaan yleensä useita, jotta riittävä vaimennus kaistanestoaallonpituudella saataisiin aikaiseksi.
30 Keksinnön lyhyt selostus
Keksinnön tavoitteena on toteuttaa parannettu mittapää, jolla voidaan vähentää yllä mainittuja ongelmia. Tämän saavuttaa optinen mittapää Raman-spektrin mittaamista varten, joka mittapää käsittää ainakin kaksi optista kuituvälinettä. Lisäksi mittapää käsittää ensimmäisen optisen kuituväli- 2 111191 neen välittää Raman-eksitaation aiheuttavaa säteilyä mitattavaan kohteeseen; toisen optisen kuituvälineen siirtää mitattavasta kohteesta tullut optinen säteily mittaukseen; ja ylipäästösuodattimen, joka on suoran gapin absorboivaa puolijohdemateriaalia, suodattaa Raman-eksitaation aiheuttava optinen säteily 5 pois mitattavasta kohteesta vastaanotetusta säteilystä ennen säteilyn etenemistä toiseen optiseen kuituvälineeseen.
Keksinnön kohteena on myös optisen mittapään valmistusmenetelmä Raman-spektrin mittaamista varten, joka mittapää käsittää ainakin kaksi optista kuituvälinettä. Valmistusmenetelmässä kytketään ensimmäinen optinen 10 kuituväline välittämään Raman-eksitaation aiheuttavaa säteilyä mitattavaan kohteeseen; kytketään toinen optinen kuituväline siirtämään mitattavasta kohteesta tullut optinen säteily mittaukseen; ja valitaan ylipäästösuodattimeksi suoran gapin absorboiva puolijohdemateriaali, jolla suodetaan Raman-eksitaation aiheuttava optinen säteily pois mitattavasta kohteesta vastaanote-15 tusta säteilystä ennen säteilyn etenemistä toiseen optiseen kuituvälineeseen; ja säädetään ylipäästösuodattimelle haluttu cut-on aallonpituus muuttamalla ylipäästösuodattimen paksuutta.
Keksinnön kohteen on myös optisen mittapään valmistusmenetelmä Raman-spektrin mittaamista varten, joka mittapää käsittää ainakin kaksi op-20 tista kuituvälinettä. Valmistusmenetelmässä kytketään ensimmäinen optinen kuituväline välittämään Raman-eksitaation aiheuttavaa säteilyä mitattavaan kohteeseen; kytketään toinen optinen kuituväline siirtämään mitattavasta kohteesta tullut optinen säteily mittaukseen; ja valitaan ylipäästösuodattimeksi suoran gapin absorboiva puolijohdemateriaali, jolla suodetaan Raman-25 eksitaation aiheuttava optinen säteily pois mitattavasta kohteesta vastaanotetusta säteilystä ennen säteilyn etenemistä toiseen optiseen kuituvälineeseen; ja säädetään ylipäästösuodattimelle haluttu cut-on aallonpituus muuttamalla ylipäästösuodattimeen epäpuhtauspitoisuutta.
Keksinnön edulliset suoritusmuodot ovat epäitsenäisten patentti-30 vaatimusten kohteena.
Keksintö perustuu siihen, että takaisin heijastuneen eksitoivan säteilyn poistamiseen käytetään puolijohdemateriaalista valmistettua ylipäästö-suodatinta, jolla on suuri vaimennus estokaistalla ja hyvä läpäisy läpäisykais-talla. Lisäksi siirtymä läpäisykaistalta estokaistalle on jyrkkä.
35 Keksinnön mukaisella ratkaisulla saavutetaan useita etuja. Indusoi van säteilyn mittauksesta poistavan suodattimen asentaminen mittapäähän ei 3 111191 ole tarkkaa. Koska suodattimen toiminta perustuu absorptioon, se ei ole herkkä säteilyn tulokulmalle. Tämä mahdollistaa luotettavan toiminnan. Lisäksi indusoivan säteilyn suodattavan suodattimen ei tarvitse olla kollimoidussa säteilyssä, mikä mahdollistaa erilaisten mittapäärakenteiden tekemisen myös il-5 man kollimoivia linssejä. Lisäksi tehokas suodatus on mahdollista yhdellä suodattimena.
Kuvioiden lyhyt selostus
Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joissa 10 kuvio 1 esittää tunnetun tekniikan mukaista mittapäätä, kuvio 2A esittää mittapäätä, jossa käytetään puolijohdemateriaalista valmistettua ylipäästösuodatinta, kuvio 2B esittää mittapäätä, jossa käytetään puolijohdemateriaalista valmistettua ylipäästösuodatinta, 15 kuvio 3A esittää mittapäätä, jossa eksitoivaa säteilyä lähettävä kuitu on mittapään optisella akselilla, kuvio 3B esittää mittapäässä olevaa optista järjestelyä, jossa eksitoivaa säteilyä lähettävä kuitu on mittapään optisella akselilla, kuvio 4 esittää linssitöntä mittapäätä, 20 kuvio 5 esittää ylipäästösuodattimen kiinnittämistä tukirakentee seen, kuvio 6 esittää ylipäästösuodattimen kiinnittämistä tukirakenteeseen, kuvio 7 esittää eri paksuisten ylipäästösuodattimien läpäisy käyriä, ja 25 kuvio 8 esittää mittausjärjestelyä.
Keksinnön yksityiskohtainen selostus
Esitetty mittapää soveltuu erityisesti Raman-sironnan mittaukseen siihen kuitenkaan rajoittumatta.
Tarkastellaan aluksi tunnetun tekniikan mukaista mittapäätä 100. 30 Optista kuitua 102 pitkin tuodaan mittapäähän 100 optista säteilyä, joka saa aikaan Raman-sirontaa mittauskohteessa 120. Optinen säteily on tavallisesti monokromaattista laser-säteilyä halutulla aallonpituudella. Kuidusta 102 lähtevä optinen säteily kollimoidaan linssillä 104, jonka jälkeen optista säteilyä kaistanpäästösuodatetaan suodattimena 106, jotta optisessa kuidussa 102 35 mahdollisesti muodostuneet Raman-sirontakomponentit ja muut halutusta 111191 4 aallonpituudesta poikkeavat aallonpituudet saataisiin poistettua. Tämän jälkeen optisen säteilyn heijastetaan peilin 108 avulla osittain heijastavaan peiliin 110, joka suuntaa optisen säteilyn kohti mitattavaa kohdetta 120 linssin 112 läpi, joka fokusoi optisen säteilyn mitattavaan kohteeseen 120. Mittauskohtee-5 seen 120 kohdistettu optinen säteily sekä Rayleigh-siroaa ja heijastuu mitattavasta kohteesta 120 että saa aikaan mitattavassa kohteessa 120 Raman-sirontaa. Heijastuksessa ja Rayleigh-sironnassa mitattavaan kohteeseen kohdistetun säteilyn aallonpituus ei muutu. Raman-ilmiössä yleensä pieni osa mitattavasta kohteesta sironneesta optisesta säteilystä poikkeaa aallonpituudelle) taan mitattavaan kohteeseen kohdistetun säteilyn aallonpituudesta. Kukin aallonpituuspoikkeama vastaa taajuudeltaan mitattavan kohteen aineraken-teen ominaisia värähtelytaajuuksia. Sekä aallonpituudeltaan muuttumatonta että Raman-sironnutta säteilyä kerätään ja kollimoidaan linssillä 112. Kolli-moitu optinen säteily etenee osittain läpäisevän peilin 110 läpi suodattimelle 15 114, joka poistaa aallonpituudeltaan muuttumattoman optisen säteilyn, ja jäljelle jää Raman-säteily. Suodattimena 114 käytetään tunnetun tekniikan mukaista holografista Braggin diffraktioon perustuvaa suodatinta tai interferenssi-suodatinta. Peili 110 voi myös olla aallonpituusselektiivinen komponentti, esimerkiksi kapeakaistainen kaistanestosuodatin. Kollimoitu Raman-säteily ete-20 nee linssille 116, joka fokusoi Raman-säteilyn spektroskooppisiin mittauksiin vievälle kuidulle 118.
Esitetyn ratkaisun mukainen mittapää on yksinkertaisimmillaan muutoin samanlainen kuin kuviossa 1 esitetty mittapää, mutta suodattimen 114 tilalla on suoran gapin (direct bandgap) absorboiva puolijohdesuodatin 25 114B, kuten kuviossa 2A on esitetty.
Toisena mittapään toteutustapana on kuvion 2B mukainen mittapää. Mittapäässä on yhdistetty samaan tapaan kuin kuvion 1 ratkaisussakin lähetin- ja vastaanotto-optiikka. Lähetinoptiikan avulla mittauskohteeseen 220 kohdistetaan optista säteilyä ja vastaanotto-optiikalla vastaanotetaan mittaus-30 kohteesta lähtevää optista säteilyä. Mittapäähän 200 tuodaan optista kuitua tai kuitukimppua 202 pitkin optisesta tehonlähteestä (ei esitetty kuviossa 2) optista säteilyä, joka eksitoi mittauskohdetta ja saa aikaan Raman-ilmiön. Optinen säteily, jolla tässä hakemuksessa tarkoitetaan aallonpituudeltaan 40 nm -1 mm mittaista sähkömagneettista säteilyä, on tavallisesti laserin tuottamaa 35 monokromaattista säteilyä halutulla aallonpituudella. Kuidusta 202 hajaantuva optinen säteily kollimoidaan linssillä 204. Kollimoitu säteily kaistanpäästösuo- 111191 5 datetaan suodattimena 206, jotta halutusta aallonpituudesta poikkeavat, haitalliset aallonpituudet saataisiin poistettua. Tämän jälkeen optinen säteily heijastetaan peilin 208 avulla osittain heijastavaan peiliin 210, joka suuntaa optisen säteilyn kohti mitattavaa kohdetta 220 linssin 212 läpi, joka fokusoi optisen 5 säteilyn mitattavaan kohteeseen 220. Peili 210 voi olla myös osittain läpäisevän peilin sijasta dikromaattinen säteenjakaja. Samoin kuin kuvion 1 tapauksessakin mittauskohteeseen 220 kohdistettu optinen säteily sekä Rayleigh-siroaa ja heijastuu mitattavasta kohteesta 220 että saa aikaan mitattavassa kohteessa 220 Raman-ilmiön mukaisen eksitaation. Sekä aallonpituudeltaan 10 muuttumatonta että Raman-sironnutta säteilyä kerätään ja kollimoidaan linssillä 212. Kollimoitu optinen säteily etenee peilin 210 läpi tai ohitse, jos peili 210 on pieni, toiselle linssille 214, joka fokusoi säteilyn spektroskooppisiin mittauksiin vievälle kuidulle tai kuitukimpulle 218. Ennen kuituun 218 etenemistään fokusoitu säteily kuitenkin ylipäästösuodatetaan suodattimena 216, jo-15 ka poistaa aallonpituudeltaan muuttumattoman optisen säteilyn, ja jäljelle jää Raman-säteily. Suodatin 216 on suoran gapin (direct bandgap) absorboivaa puolijohdematriaalia, jonka optisen säteilyn päästö- ja estoalueen raja perustuu kielletyn vyöhykkeen suuruuteen eli energia-aukkoon. Puolijohdemateriaalin vaimennus estokaistallaan on lähes ääretön (yli 10 OD) ja siksi muita suo-20 dattimia ei tarvita eksitoivan säteilyn poistamiseen. Toisaalta puolijohdesuoda-tin läpäisee hyvin päästökaistalleen. Esto- ja päästökaistan välinen alue on kapea ja riippuu materiaalin paksuudesta. Sopiva suodatinmateriaali on esimerkiksi 830 nm alueella kadmiumtelluridi (CdTe).
Kuviossa 3A ja 3B on esitetty ratkaisu, jossa vältetään peilien käyt-25 tö, integroidaan lähetinoptiikkaa ja pienennetään mittapään kokoa. Spektrometristä lähetetty säteily tulee kuitua 302 pitkin optiseen järjestelyyn 322, joka on mittapään optisella akselilla. Optista järjestelyä 322 on tarkemmin kuvattu kuviossa 3B. Optisesta järjestelystä 322 kollimoitu säteily etenee optisessa järjestelyssä 322 olevan kaistanpäästösuodattimen läpi linssille 312, joka fo-30 kusoi säteilyn mittauskohteeseen 320. Mittauskohteesta 320 lähtevää säteilyä . . kerätään ja kollimoidaan linssillä 312. Linssi 314 fokusoi säteilyn kuituun 318.
Kuvio 3B esittää optista järjestelyä 322. Kuidun 302 päässä on kol-/ limoiva asteittaistaitekertoiminen GRIN-linssi (GRaded INdex) 330, joka kolli- moi kuidusta 302 tulevan säteilyn. GRIN-linssin 330 edessä on vielä kaistan-35 päästösuodatin 332, jolla poistetaan säteilystä muut kuin haluttu aallonpituus tai aallonpituuskaista. Mitattavasta kohteesta tullut ja linssillä 312 kollimoitu 111191 6 säteily ylipäästösuodatetaan suodattimena 334. Suodatin 334 voi olla tuettu tukirakenteeseen 336, joka on läpinäkyvä mitattavalla aalionpituuskaistalla.
Koska ylipäästösuodatin 334 on mittapään etuosassa, ylipäästösuodatin 334 estää eksitoivan säteilyn pääsyn suuressa määrin mittapään sisälle. Tämä 5 helpottaa mittapään materiaalivalintoja, koska eksitoiva säteily voi herättää esimerkiksi lasissa ja eloksoidussa alumiinissa fluoresenssisäteilyä, joka heikentää sekä mittapään että koko optisen mittauksen suorituskykyä. Myös tässä tapauksessa ylipäästösuodatin voi sijaita optisen järjestelyn 322 sijasta kuidun 318 edessä samaan tapaan kuin kuviossa 2 on kuvattu, mutta tällöin ek-10 sitoiva säteily voi indusoida haitallisia aallonpituuksia mittapäässä.
Kuviossa 4 on esitetty vielä yksi mittapään mahdollinen rakenneratkaisu. Eksitoiva säteily syötetään mitattavaan kohteeseen 420 kuidulla 402, jonka päässä on kaistanpäästösuodatin 406. Eksitoiva säteily hajaantuu kuidun avaumakulmassa kohti mitattavaa kohdetta 420. Mitattavasta kohteesta 15 420 saapuu ylipäästösuodattimen 416 läpi Raman-säteilyä vastaanotinkuitui-hin 418 laajasti koko avaumakulman sektorista ja vastaanotinkuidut 418 siirtävät säteilyn edelleen spektroskooppisiin mittauksiin. Erityisesti säteilyä vastaanottavat kuidut 418 voivat muodostaa kuitukimpun, joka on lähettävän kuidun 402 ympärillä. Lisäksi myös eksitoivaa säteilyä lähettävän kuidun 402 si-20 jasta voidaan käyttää kuitukimppua. Kuitujen 418 päät voivat olla hieman viistetyt, jolloin mittauskohteesta säteilyä keräävien kuitujen vastaanottosuuntaa voidaan suunnata kohti eksitoivan säteilyn valaisemaa aluetta. Ylipäästösuo-dattimien 416 tilalla ei voi käyttää holografista kaistanestosuodatinta eikä in-terferenssisuodatinta, koska suodattimelle 416 tuleva säteily ei tässä tapauk-25 sessa ole kollimoitua.
Tarkastellaan nyt ylipäästösuodattimen kiinnittämistä tukirakenteeseen, koska tukirakenteeseen kiinnittämistä tarvitaan suodatinkiekkoa työstettäessä ja kiinnitettäessä suodatinkiekko tukevasti optiselle akselille mittapäässä. Koska useimmat ylipäästösuodatinmateriaalit ovat hauraita ja mene-30 vät erityisesti työstettäessä helposti rikki, tukirakenne mahdollistaa esimerkiksi suodatinkiekon hiomisen ohuemmaksi kuin ilman tukirakennetta olisi mahdollista.
Kuviossa 5 on esitetty ylipäästösuodattimen kiinnittämistapa tukira- o i kenteeseen. Kaistanestosuodatin 516 voidaan liimata tukirakenteeseen 518, 35 joka on esimerkiksi kovar-materiaalia. Kovar-materiaalin etuna on se, että sen lämpölaajenemiskerroin on lähellä esimerkiksi CdTe-materiaalin lämpölaaje- 111191 7 nemiskerrointa. Tällaista kiinnitystä voidaan käyttää suodatinkiekkoa ohennettaessa esimerkiksi hiomalla tai käytettäessä kuvion 2 mukaisessa mitta-päässä. Kuvion 2 mukaisessa mittapäässä fokusoidun säteilyn poikkipinta-ala voi olla melko pieni (muutamia neliömillimetrejä tai pienempikin) ja vastaavasti 5 ylipäästösuodattimen pinta-alakin voi olla pieni, mikä mahdollistaa ylipäästö-suodatinkiekon hiomisen ohueksi (jopa vain 0,1 mm paksuksi).
Kuviossa 6 on esitetty toinen ylipäästösuodattimen kiinnittämistapa tukirakenteeseen. Tämä rakenne vastaa kuvion 5 mukaista rakennetta, mutta kuvion 6 mukaisessa ratkaisussa ylipäästösuodattimen pinta-ala voi olla suu-10 rempi tai suodatin ohuempi kuin kuvion 5 mukaisessa ratkaisussa. Jos kuvion 6 mukaista ratkaisua käytetään kuvion 3A mukaisessa optisessa järjestelyssä, sekä tukirakenteeseen 618, joka on lasia että ylipäästösuodattimeen 616 voidaan tehdä reikä 620 keskelle. Kun ylipäästösuodatinta käytetään niin, että ylipäästösuodatinkiekkoon 616 osuu ensin mittauskohteesta tulevan säteilyn, 15 tukirakenne 618 voidaan valmistaa tavallisesta lasista ja ylipäästösuodatin 616 voidaan kiinnittää lasilevyyn 618 tavallisilla ja sinänsä tunnetuilla optisilla liimoilla ilman, että liima tai lasi aiheuttaisi mittauksen kannalta haitallista fluoresenssia tai muuta indusoitunutta säteilyä.
Tarkastellaan nyt lähemmin ylipäästösuodattimen paksuuden vai-20 kutusta ylipäästösuodattimen optisiin ominaisuuksiin. Ylipäästösuodattimen materiaali valmistetaan sinänsä tunnetulla tavalla puolijohdemateriaalin valmistusprosessissa. Ylipäästösuodattimen paksuus vaikuttaa cut-on aallonpituuteen eli siihen, millä aallonpituudella ylipäästösuodatin alkaa läpäistä hyvin säteilyä (tätä on esitetty tarkemmin kuviossa 7). Ylipäästösuodatin on edulli-25 sesti kiekko ja kiekko voidaan hioa haluttuun paksuuteen. Hiominen vaurioittaa usein kiekon pintaa ja aiheuttaa mahdollisesti myös jännityksiä materiaaliin. Pintavaurioita voidaan vähentää etsaamalla kemiallisesti kiekon pintaa. Mate-riaalijännityksiä voidaan puolestaan vähentää tai poistaa lämpökäsittelyllä, joka voi tapahtua tavanomaisen lämmittämisen sijaan esimerkiksi säteilyn avulla 30 (lämpölamppu). Cut-on aallonpituuteen voidaan vaikuttaa myös seostamalla epäpuhtauksia puolijohdemateriaaliin. Tällöin sekä suodatinkiekon paksuus että saostus vaikuttavat cut-on aallonpituuteen. Ylipäästösuodattimeksi sopivia puhtaita puolijohdemateriaaleja CdTe:n lisäksi ovat esimerkiksi 515 nm alueella kadmiumsulfidi (CdS), 720 nm alueella kadmiumselenidi (CdSe), 860 nm 35 alueella galliumarsenidi (GaAs) ja 940 nm alueella indiumfosfidi (InP). Lisäksi ylipäästösuodattimeksi sopivia materiaaleja ovat seuraavat puhtaasta puoli- 8 111191 johdemateriaalista saostamalla saadut materiaalit: 785 nm alueella kadmium-sinkkitelluridi (esim. CdxZn^Te, x=0.85), galliumarseenifosfidi (esim. GaAsxP.,. x, x=0.85), alumiinigalliumarsenidi (esim. AI^GaxAs, x=0.86) ja 1064 nm alueella indiumarseenifosfidi (InAs^Px, x=0.81) ja indiumgalliumarsenidi (esim.
5 In^Ga^s, x=0.75).
Kuviossa 7 on esitetty eri paksuisten CdTe-ylipäästösuodattimien läpäisykäyriä. Pystyakselilla on mitattu läpäisyintensiteetti T ja vaaka-akselilla on aallonpituus λ. Alin käyrä 700 esittää 2 mm paksun CdTe-ylipäästö-suodattimen läpäisykäyrää. Käyrän 700 mukaan läpäisy on erittäin heikkoa ly-10 hemmillä aallonpituuksilla kuin 860 nm, mutta läpäisy lisääntyy vähitellen välillä 860 nm - 920 nm, jonka jälkeen läpäisy pysyy lähes muuttumattomana hieman yli 60 % aina 1000 nm asti. Käyrä 702 esittää 1 mm paksun CdTe-ylipäästösuodattimen läpäisykäyrää. Käyrän 702 mukaan läpäisy on erittäin heikkoa lyhemmillä aallonpituuksilla kuin 850 nm, mutta läpäisy lisääntyy vä-15 hitellen välillä 850 nm - 900 nm, jonka jälkeen läpäisy pysyy lähes muuttumattomana noin 60 % aina 1000 nm asti. Käyrä 704 esittää 0,5 mm paksun CdTe-ylipäästösuodattimen läpäisykäyrää. Käyrän 704 mukaan läpäisy on erittäin heikkoa hieman alle 840 nm aallonpituuksilla, mutta läpäisy lisääntyy nopeasti välillä 840 nm - 850 nm, jonka jälkeen läpäisy pysyy lähes muuttu-20 mattomana noin 60 % aina 1000 nm asti. Mittauksissa on käytetty sovitekal-vottamatonta ylipäästösuodatinta, mutta sovitekalvotettuna CdTe-ylipäästösuodattimen läpäisy voi olla yli 90 %. Tästä nähdään, että mitä ohuempi kais-tanestokiekko on, sitä jyrkempi muutos läpäisyssä on kaistanpäästön ja kais-taneston välillä.
25 Tarkastellaan lopuksi vielä mittausjärjestelyä kuvion 8 avulla. Läh teestä 804, joka on esimerkiksi laser, eksitoiva säteily syötetään lähetinkuitua tai -kuitukimppua 802 pitkin mittapäähän 800, josta säteily suunnataan kohti näytettä 820. Näytteestä 820 tulevaa säteilyä kerätään mittapäällä 800 ja syötetään vastaanottokuituun tai -kuitukimppuun 806, joka siirtää mitattavan 30 säteilyn spektrometriin 808. Mittapää 800 sopii esimerkiksi CCD-Raman-(Charge Coupled Device) tai FT-Raman-spektrometrin (Fourier Transform spectrometer) mittapääksi.
Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisten piirustusten mukaiseen esimerkkiin, on selvää, ettei keksintö ole rajoittunut siihen, vaan 35 sitä voidaan muunnella monin tavoin oheisten patenttivaatimusten esittämän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.
Claims (16)
1. Optinen mittapää Raman-spektrin mittaamista varten, joka mitta-pää käsittää ainakin kaksi optista kuituvälinettä (202,218, 302, 318,402,418), tunnettu siitä, että mittapää käsittää 5 ensimmäisen optisen kuituvälineen (202, 302, 404) välittää Raman- eksitaation aiheuttavaa säteilyä mitattavaan kohteeseen (220, 320,420); toisen optisen kuituvälineen (218, 318, 418) siirtää mitattavasta kohteesta (220, 320,420) tullut optinen säteily mittaukseen; ja ylipäästösuodattimen (216, 334, 416), joka on suoran gapin absor- 10 hoivaa puolijohdemateriaalia, suodattaa Raman-eksitaation aiheuttava optinen säteily pois mitattavasta kohteesta (220, 320, 420) vastaanotetusta säteilystä ennen säteilyn etenemistä toiseen optiseen kuituvälineeseen (218, 318,418).
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittapää, tunnettu siitä, että mittapää käsittää lisäksi ainakin kaksi linssiä (212, 214), jotka on sovitettu 15 fokusoimaan ensimmäisestä kuituvälineestä (202, 302, 404) tuleva säteily mitattavaan kohteeseen (220, 320,420) ja jotka on sovitettu ottamaan vastaan ja kohdistamaan mitattavasta kohteesta (220, 320, 420) tuleva säteily toiseen kuituvälineeseen (218, 318,418).
3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittapää, tunnettu siitä, että mittapään ylipäästösuodatin (216, 334, 416) sijaitsee välittömästi toisen optisen kuituvälineen (218, 318,418) edessä.
4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittapää, tunnettu siitä, · ' että ylipäästösuodattimen (216, 334, 416) suodatinmateriaaleja ovat 515 nm 25 alueella kadmiumsulfidi; 720 nm alueella kadmiumselenidi; 785 nm alueella kadmiumsinkkitelluridi, galliumarseenifosfidi ja alumiinigalliumarsenidi; 830 nm alueella kadmiumtelluridi; 860 nm alueella galliumarsenidi; 940 nm alueella in- v. / diumfosfidi ja 1064 nm alueella indiumarseenifosfidi ja indiumgalliumarsenidi. / >
5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittapää, tunnettu siitä, 30 että mittapää on sovitettu käytettäväksi CCD-Raman tai FT-Raman -spektrometrissä. 111191
6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittapää, tunnettu siitä, että ylipäästösuodattimen (216, 334, 416) cut-on aallonpituus on viritetty sopivaksi ylipäästösuodattimen paksuutta säätämällä.
7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittapää, tunnettu siitä, 5 että ylipäästösuodattimen (216, 334, 416) cut-on aallonpituus on säädetty sopivaksi säestämällä epäpuhtauksia puolijohdemateriaaliin.
8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittapää, tunnettu siitä, että ylipäästösuodatin (216, 334, 416) on kiinnitetty tukirakenteeseen, joka on kovar-materiaalia tai lasia.
9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittapää, tunnettu siitä, että ylipäästösuodatin (216, 334,416) on kiinnitetty lasiseen tukirakenteeseen; tukirakenteessa ja ylipäästösuodattimessa (216, 334, 416) on reikä eksitoivaa säteilyä lähettävää ensimmäistä optista kuituvälinettä (202, 302,404) varten.
10. Optisen mittapään valmistusmenetelmä Raman-spektrin mit-15 taamista varten, joka mittapää käsittää ainakin kaksi optista kuituvälinettä (202, 218, 302, 318, 402, 418), tunnettu siitä, että kytketään ensimmäinen optinen kuituväline (202, 302, 404) välittämään Raman-eksitaation aiheuttavaa säteilyä mitattavaan kohteeseen (220, 320,420); kytketään toinen optinen kuituväline (218, 318, 418) siirtämään mi-20 taitavasta kohteesta (220, 320,420) tullut optinen säteily mittaukseen; ja valitaan ylipäästösuodattimeksi (216, 334, 416) suoran gapin absorboiva puolijohdemateriaali, jolla suodetaan Raman-eksitaation aiheuttava optinen säteily pois mitattavasta kohteesta (220, 320, 420) vastaanotetusta säteilystä ennen säteilyn etenemistä toiseen optiseen kuituvälineeseen (218, 25 318, 418); ja säädetään ylipäästösuodattimelle (216, 334, 416) haluttu cut-on aallonpituus muuttamalla ylipäästösuodattimen (216, 334, 416) paksuutta.
11. Optisen mittapään valmistusmenetelmä Raman-spektrin mittaamista varten, joka mittapää käsittää ainakin kaksi optista kuituvälinettä 30 (202, 218, 302, 318, 402, 418), tunnettu siitä, että kytketään ensimmäinen optinen kuituväline (202, 302, 404) välittämään Raman-eksitaation aiheuttavaa säteilyä mitattavaan kohteeseen (220, 320,420); 111191 kytketään toinen optinen kuituväline (218, 318, 418) siirtämään mitattavasta kohteesta (220, 320,420) tullut optinen säteily mittaukseen; ja valitaan ylipäästösuodattimeksi (216, 334, 416) suoran gapin absorboiva puolijohdemateriaali, jolla suodetaan Raman-eksitaation aiheuttava 5 optinen säteily pois mitattavasta kohteesta (220, 320, 420) vastaanotetusta säteilystä ennen säteilyn etenemistä toiseen optiseen kuituvälineeseen (218, 318, 418); ja säädetään ylipäästösuodattimelle (216, 334, 416) haluttu cut-on aallonpituus muuttamalla ylipäästösuodattimeen (216, 334, 416) epäpuhtaus-10 pitoisuutta.
12. Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen valmistusmenetelmä, tunnettu siitä, että valmistetaan ylipäästösuodatin (216, 334, 416) suoda-tinmateriaaleista, joita ovat 515 nm alueella kadmiumsulfidi; 720 nm alueella kadmiumselenidi; 785 nm alueella kadmiumsinkkitelluridi, galliumarseenifosfidi 15 ja alumiinigalliumarsenidi; 830 nm alueella kadmiumtelluridi; 860 nm alueella galliumarsenidi; 940 nm alueella indiumfosfidi ja 1064 nm alueella indiumar-seenifosfidi ja indiumgalliumarsenidi.
13. Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen valmistusmenetelmä, tunnettu siitä, että hiotaan ylipäästösuodatinta (216, 334,416) ja hiomisen 20 jälkeen etsataan ylipäästösuodatinta (216, 334, 416) kemiallisesti vaurioiden korjaamiseksi.
14. Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen valmistusmenetelmä, tunnettu siitä, että lämpökäsitellään ylipäästösuodatinta (216, 334, 416) jännitysten vähentämiseksi.
15. Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen valmistusmenetelmä, tunnettu siitä, että ylipäästösuodatin (216, 334, 416) kiinnitetään tukira-, kenteeseen, joka on kovar-materiaalia tai lasia.
16. Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen valmistusmenetelmä, " tunnettu siitä, että ylipäästösuodatin (216, 334, 416) kiinnitetään lasiseen 30 tukirakenteeseen; tehdään tukirakenteeseen ja ylipäästösuodattimeen (216, 334, 416) reikä eksitoivaa säteilyä lähettävää ensimmäistä optista kuituväli-nettä (202, 302,404) varten. 111191
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20002250A FI111191B (fi) | 2000-10-12 | 2000-10-12 | Optinen mittapää ja optisen mittapään valmistusmenetelmä |
| EP01000528A EP1197743A3 (en) | 2000-10-12 | 2001-10-09 | Optical measuring head and method of manufacturing optical measuring head |
| US09/974,837 US20020067479A1 (en) | 2000-10-12 | 2001-10-12 | Optical measuring head and method of manufacturing optical measuring head |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20002250 | 2000-10-12 | ||
| FI20002250A FI111191B (fi) | 2000-10-12 | 2000-10-12 | Optinen mittapää ja optisen mittapään valmistusmenetelmä |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI20002250A0 FI20002250A0 (fi) | 2000-10-12 |
| FI20002250L FI20002250L (fi) | 2002-04-13 |
| FI111191B true FI111191B (fi) | 2003-06-13 |
Family
ID=8559282
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI20002250A FI111191B (fi) | 2000-10-12 | 2000-10-12 | Optinen mittapää ja optisen mittapään valmistusmenetelmä |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20020067479A1 (fi) |
| EP (1) | EP1197743A3 (fi) |
| FI (1) | FI111191B (fi) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5455673A (en) * | 1994-05-27 | 1995-10-03 | Eastman Chemical Company | Apparatus and method for measuring and applying a convolution function to produce a standard Raman spectrum |
| US5657404A (en) * | 1995-05-25 | 1997-08-12 | Eastman Chemical Company | Robust spectroscopic optical probe |
| US6174424B1 (en) * | 1995-11-20 | 2001-01-16 | Cirrex Corp. | Couplers for optical fibers |
| US5999255A (en) * | 1997-10-09 | 1999-12-07 | Solutia Inc. | Method and apparatus for measuring Raman spectra and physical properties in-situ |
-
2000
- 2000-10-12 FI FI20002250A patent/FI111191B/fi active
-
2001
- 2001-10-09 EP EP01000528A patent/EP1197743A3/en not_active Withdrawn
- 2001-10-12 US US09/974,837 patent/US20020067479A1/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1197743A2 (en) | 2002-04-17 |
| US20020067479A1 (en) | 2002-06-06 |
| FI20002250L (fi) | 2002-04-13 |
| EP1197743A3 (en) | 2002-09-04 |
| FI20002250A0 (fi) | 2000-10-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4041421B2 (ja) | ラマンプローブ及びそれを用いたラマン散乱計測装置 | |
| DE102017129454B4 (de) | Gasanalysemessgerät | |
| KR100344161B1 (ko) | 복사검출시스템 | |
| CN105987895B (zh) | 一种激光拉曼光谱气体分析仪 | |
| JP6941107B2 (ja) | 分光法を実施するためのシステム | |
| CA2976129C (en) | Beam splitter and arrangement for examining a sample which can be excited by means of electromagnetic radiation | |
| US9485046B1 (en) | Optical spot array pitch compressor | |
| JP2011075513A (ja) | ガス分光分析装置 | |
| CN102246015A (zh) | 具有可变波长选择器以及可调干扰滤波器的单色光镜 | |
| US20020171823A1 (en) | Optical waveguide monitoring | |
| WO2006081567A1 (en) | Integrated modular system and method for enhanced raman spectroscopy | |
| CN1010889B (zh) | 高光效双光谱高温计 | |
| FI111191B (fi) | Optinen mittapää ja optisen mittapään valmistusmenetelmä | |
| Ansmann et al. | Double-grating monochromator for a pure rotational Raman lidar | |
| US20100271630A1 (en) | Highly compact design for raman spectrometry | |
| KR20010090739A (ko) | 가스 검출 시스템 및 가스 샘플 기체 종의 특정 농도 존재검출 방법 | |
| US20040233426A1 (en) | Raman probe and Raman spectrum measuring apparatus utilizing the same | |
| WO2023248572A1 (ja) | ライダー用受光装置、ライダー、及び気象観測ライダー | |
| CN111051829A (zh) | 光电芯片 | |
| KR102491141B1 (ko) | 어퍼처리스 분광기 | |
| JP6664771B2 (ja) | 光学系構造体、光学測定装置及び光学測定方法 | |
| JP2001108613A (ja) | 大気ガス分量遠隔測定装置 | |
| JP2000131145A (ja) | 分光分析装置 | |
| CN207689376U (zh) | 光纤探针拉曼系统 | |
| SU1638580A1 (ru) | Устройство дл измерени акустического давлени |