專利名稱：應(yīng)用光纖耦合器的熒光測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熒光測量系統(tǒng)，本發(fā)明還涉及應(yīng)用光纖耦合器實 現(xiàn)該熒光測量系統(tǒng)的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的樣品"頂部激發(fā)、頂部接收"的熒光測量光學(xué)系統(tǒng)如圖1 所示這個熒光測量系統(tǒng)的激發(fā)光由光源1發(fā)出、通過聚光透鏡2后、 透過激發(fā)濾光片3、然后被二向分色鏡4反射，再通過物鏡5作用于
樣品池6;樣品池中的樣品被光激發(fā)后所產(chǎn)生的熒光則是通過物鏡5，
透過二向分色鏡4、熒光濾光片7后，再通過接收光透鏡8作用于光 電接收器件9的光敏表面，從而實現(xiàn)光電信號轉(zhuǎn)換、完成熒光信號的
這個熒光測量系統(tǒng)的光傳輸本質(zhì)上是一個透鏡-反射鏡系統(tǒng)，不 但設(shè)計、加工復(fù)雜，而且激發(fā)光路和熒光接收兩個光路的同軸度的裝 配、調(diào)整也很困難；特別是其中的關(guān)鍵元件-二向分色鏡要求反射激 發(fā)光、透過熒光，不但鍍膜工藝復(fù)雜，用于在系統(tǒng)中的調(diào)試更是困難。 此外，這個熒光測量系統(tǒng)也未能實現(xiàn)對激發(fā)光強度的監(jiān)測，激發(fā)光源 的能量波動沒有反饋系統(tǒng)予以自動校正，影響測量結(jié)果的數(shù)據(jù)穩(wěn)定 性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出二種應(yīng)用光纖耦合器的新型熒光測量系 統(tǒng) 一種是應(yīng)用Y型光纖耦合器的熒光測量系統(tǒng)，另一種是應(yīng)用N型光纖耦合器的熒光測量系統(tǒng)。
本發(fā)明提出一種專門用于"頂部激發(fā)、頂部接收"的、應(yīng)用Y型 光纖耦合器的熒光測量系統(tǒng)如圖2所示。
比較圖2和圖1的差別可見，應(yīng)用Y型光纖耦合器的熒光測量系 統(tǒng)的主要特點是以Y型光纖耦合器取代了現(xiàn)有的透鏡-反射鏡式熒光 測量系統(tǒng)中二向分色鏡。圖2中，激發(fā)光源1發(fā)出的激發(fā)光經(jīng)激發(fā)透 鏡2、 3及激發(fā)光濾光片4后，入射到Y(jié)型光纖耦合器5的第一個根 光纖束的一端、然后從此光纖束另一端(它是此光纖束和第二根光纖 束耦合在一起的"耦合端")出射并通過光纖透鏡6對樣品7進行激 發(fā)，所產(chǎn)生的熒光被光纖透鏡5和Y型光纖耦合器的"耦合端"接收 而由第二根光纖束的另一端出射，經(jīng)熒光濾光片8和熒光透鏡9后由 光電接受器件10進行探測即可測量樣品產(chǎn)生的熒光強度。比較圖2 和圖1的差別可見，應(yīng)用Y型光纖耦合器的熒光測量系統(tǒng)的主要特點 是以Y型光纖耦合器取代了現(xiàn)有的透鏡-反射鏡式熒光測量系統(tǒng)中二 向分色鏡。
應(yīng)用Y型光纖耦合器的熒光測量系統(tǒng)比之現(xiàn)有的透鏡-反射鏡式 熒光測量系統(tǒng)最大優(yōu)點就是易于設(shè)計，空間位置好安排，裝配調(diào)整方 便。此外，Y型光纖耦合器制造工藝和價格也比二向分色鏡簡單和便 宜。但是它和現(xiàn)有的透鏡-反射鏡式熒光測量系統(tǒng)一樣，都不能監(jiān)測 激發(fā)光強度的波動，從而使得所測得的熒光數(shù)據(jù)有較大的不穩(wěn)定誤 差。
本發(fā)明提出的第二種應(yīng)用光纖耦合器的熒光測量系統(tǒng)是應(yīng)用N型光纖耦合器來實現(xiàn)的一種熒光測量系統(tǒng)。N型光纖耦合器如圖3所 示。其特點是&兩個耦合端。當(dāng)一束光從光纖束1和光纖束2耦合的 耦合端A入射后，將從光纖束1的另一端和耦合端B出射；同樣，當(dāng) 一束光從光纖束3和光纖束2耦合的耦合端B入射后，將從光纖束3 的另一端和耦合端A出射。
將此N型光纖耦合器應(yīng)用于"頂部激發(fā)、頂部接收"的熒光測 量系統(tǒng)后的熒光測量系統(tǒng)主要是發(fā)揮N型光纖耦合器具有的優(yōu)點 可實現(xiàn)對激發(fā)光、熒光信號和光源強度監(jiān)測三路光信號的同步傳 輸。
應(yīng)用N型光纖耦合器的熒光測量系統(tǒng)如圖4所示。
圖4中，這個測量系統(tǒng)的特點是當(dāng)激發(fā)光源1發(fā)出的光經(jīng)一組
激發(fā)透鏡2、 3和激發(fā)光濾光片4后，入射到N型光纖耦合器5的A 端(即圖3中的A端)的光束就被分為兩路， 一路通過N型光纖耦合 器的B端(即圖3中的B端)出射后、被物鏡7聚焦去激發(fā)樣品8， 另一路激發(fā)光則通過圖2所示的光纖束(絲)1出射到專為監(jiān)測光源 強度的硅光二極管6上。樣品8產(chǎn)生的熒光被物鏡接收耦合入B端， 通過由圖二所示的光纖束(絲)3后，再通過熒光濾光片9和熒光透 鏡10出射到光電接收器件11的光敏表面上、從而實現(xiàn)對熒光信號進 行測量的目的，光電接收器件11所輸出的光電信號和熒光強度成比 例。由于激發(fā)光源的輸出強度有著光電二極管6的監(jiān)測反饋的控制，
會減少激發(fā)光源的電源波動誤差，從而使得整個激發(fā)光系統(tǒng)處于 較 穩(wěn)定的光輸出狀態(tài)，所以熒光檢測的穩(wěn)定性也有了很大提高。本發(fā)明與現(xiàn)有熒光測量系統(tǒng)相比，具有的有益效果
本發(fā)明提出的兩種應(yīng)用光纖耦合器的熒光測量系統(tǒng)與現(xiàn)有的透 鏡一反射鏡式的熒光測量系統(tǒng)相比具有易于設(shè)計，空間位置好安排， 裝配調(diào)整方便。此外，光纖耦合器制造工藝和價格也比二向分色鏡簡 單和便宜。
應(yīng)用N型光纖耦合器的熒光測量系統(tǒng)由于N型光纖耦合器可實現(xiàn) 對激發(fā)光、熒光信號和光源強度監(jiān)測三路光信號的同步傳輸，因此這 個熒光測量系統(tǒng)比之于現(xiàn)有的透鏡一反射鏡式的熒光測量系統(tǒng)還具 有監(jiān)測激發(fā)光強度波動的功能。當(dāng)以此監(jiān)測數(shù)據(jù)作為反饋信號對激發(fā) 光源的電源進行穩(wěn)定性控制，將使得整個激發(fā)光系統(tǒng)處于穩(wěn)定的光輸 出狀態(tài)，從而使得所測得的熒光數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性獲得很大的提高。


圖1為現(xiàn)有的"頂部激發(fā)、頂部接收"的熒光測量系統(tǒng)，圖中， l一光源，2 —聚光透鏡，3—激發(fā)光濾光片，4一二向分色鏡，5 —物 鏡，6 —樣品池，7 —熒光濾光片，8—接收光透鏡，9一光電接收器件。
圖2所示是一種應(yīng)用Y型光纖耦合器實現(xiàn)"頂部激發(fā)、頂部接 收"的光纖熒光測量系統(tǒng)的示意圖。圖1中，1--激發(fā)光源，'2、 3— 激發(fā)透鏡，4一激發(fā)光濾光片，5—Y型光纖耦合器，6—物鏡，7 —樣 品，8—熒光濾光片，9一熒光透鏡，IO—光電接受器件。
圖3為本發(fā)明提出的第二種應(yīng)用光纖耦合器的熒光測量系統(tǒng)所 應(yīng)用的N型光纖耦合器的示意圖；圖4為本發(fā)明提出的應(yīng)用N型光纖耦合器的熒光測量系統(tǒng)，圖中， l一激發(fā)光源，2、 3 —聚光鏡，4一激發(fā)光濾光片，5—N型光纖耦合 器，6 —監(jiān)測激發(fā)光強的光電二極管，7—物鏡，8—樣品池，9一熒光 濾光片，IO —接收聚光鏡，ll一光電接收元件。此光纖熒光測量系統(tǒng) 的特征是應(yīng)用了 N型光纖耦合器實現(xiàn)同時對激發(fā)光、熒光信號和光源 強度監(jiān)測三路光信號的傳輸。
具體實施例方式
本發(fā)明的具體實施方式
擬分別以應(yīng)用Y型光纖耦合器和N型光纖耦 合器來實現(xiàn)血液中苯丙氨酸(Phe)水平的定量測量的一種熒光測量儀 作為實例來加以說明。測量血液中苯丙氨酸(Phe)水平是基于血液樣 品中的苯丙氨酸在合適pH值及溫度下的茚三酮反應(yīng)會形成一種熒光 復(fù)合物，加入二肽L-亮氨酸-L-丙氨酸的增強了這一反應(yīng)。再加入銅 試劑以穩(wěn)定該熒光復(fù)合物并提高熒光強度。該熒光復(fù)合物在波長 390nm的光激發(fā)下所產(chǎn)生的熒光波長為485nm，其強度和苯丙氨酸 (Phe)的濃度成正比，因此，可以應(yīng)用本發(fā)明提出的應(yīng)用Y型光纖 耦合器的熒光測量系統(tǒng)(圖一所示)來實現(xiàn)的血液樣品中的苯丙氨酸 (Phe)熒光測量。其具體實施方式
如下
1) 、光源1采用鹵素?zé)?，可以選用含有較強390rm波長輻射的碘鉤 燈；
2) 、兩個聚光鏡是一個倒象透鏡組，把鹵素?zé)魺艚z像耦合到Y(jié)型光纖耦合器的光纖束l中去，耦合效率>80%;兩個聚光鏡之間是平行
光，可以安放激發(fā)光濾光片；
3) 激發(fā)光濾光片鍍寬帶濾光膜，其中心透過波長入(P390nm,帶 寬△入^50—100nm，中心波長處的透過率T>75。％;
4) 、 Y型光纖耦合器可以采用單絲的單模光纖或多模光纖，這里推 薦采用多絲光纖制成的Y型光纖耦合器，每一根光纖束由一定數(shù)量的 光學(xué)纖維絲組成，光纖束數(shù)值孔徑N》0.2,束徑0》2mm，光纖束的 傳光效率11^80%;
5) 、物鏡的作用是把Y型光纖耦合器的耦合端輸出的激發(fā)光聚焦到 樣品池的樣品表面，然后又把樣品產(chǎn)生的熒光收集、聚焦到Y(jié)型光纖 耦合器的耦合端并從光纖束2輸出。此物鏡的數(shù)值孔徑N. A》0. 2，應(yīng) 和光纖束數(shù)值孔徑相匹配；
6) 、熒光濾光片為窄帶干涉濾光片，透過中心波長入o二485nm， 帶寬△人^士10nm，中心波長處的透過率1^70%;
7) 、熒光透鏡是把通過Y型光纖耦合器輸出光纖束的熒光成像到光 電接收器件的光敏靶面上，以把光信號轉(zhuǎn)換為電信號。熒光透鏡的數(shù) 值孔徑N. AX). 2，和物鏡匹配。
8) 、光電接收器件選用高靈敏度的光電倍增管，此光電倍增管的光 敏區(qū)域應(yīng)包含485nm。
通過以上8項具體技術(shù)實施， 一臺應(yīng)用Y型光纖耦合器、專用于血 液樣品中苯丙氨酸(Phe)水平的定量測量的熒光測量儀將成功實現(xiàn)。下面再簡述應(yīng)用N型光纖耦合器、專用于血液中苯丙氮酸(Phe)水
平定量測量的熒光測量儀的具體實施方式
-
1) 、光源l采用鹵素?zé)?，可以選用含有較強390nm波長輻射的碘鎢 燈；
2) 、兩個聚光鏡是一個倒象透鏡組，把鹵素?zé)魺艚z像耦合到N型光 纖耦合器的光纖束l和光纖束2的耦合端A中去，耦合效率》80%; 兩個聚光鏡之間是平行光，可以安放激發(fā)光濾光片；
3) 激發(fā)光濾光片鍍寬帶濾光膜，其中心透過波長入。二390nm，帶 寬A人^50 — 100nm，中心波長處的透過率T》75%;
4) 、 N型光纖耦合器可以采用單絲的單模光纖或多模光纖，這里推 薦采用多絲光纖制成的N型光纖耦合器，每一根光纖束由一定數(shù)量的 光學(xué)纖維絲組成，光纖束數(shù)值孔徑N>0. 2，束徑O >2,，光纖束的 傳光效率n》80%;
5) 、物鏡的作用是把X型光纖耦合器的耦合端B輸出的激發(fā)光聚焦 到樣品池的樣品表面，然后又把樣品產(chǎn)生的熒光收集、聚焦到N型光 纖耦合器的耦合端B并從和光纖束2耦合在一起并形成耦合端B的光 纖束3輸出。此物鏡的數(shù)值孔徑N. A》0. 2,應(yīng)和光纖束數(shù)值孔徑相匹 配；
6) 、熒光濾光片為窄帶干涉濾光片，透過中心波長入o:485nm， 帶寬A入^土10nm，中心波長處的透過率1>70%;
7) 、熒光透鏡是把通過N型光纖耦合器的光纖束3輸出的熒光成像 到光電接收器件的光敏靶面上，以把光信號轉(zhuǎn)換為電信號。熒光透鏡的數(shù)值孔徑N. A》0. 2，和物鏡匹配。
8) 、光電接收器件選用高靈敏度的光電倍增管，此光電倍增管的光 敏區(qū)域應(yīng)包含485nm。
9) 、在N型光纖耦合器中，和光纖束2耦合在一起形成耦合端A的 光纖束i傳遞了一部分激發(fā)光到光電二極管上作為監(jiān)測激發(fā)光強度的 信號。
10) 、光電二極管的作用是測量激發(fā)光源的強度波動，其光電信號 可反饋控制鹵素?zé)綦娫吹墓╇姺€(wěn)定性。
通過以上10項具體技術(shù)實施， 一臺應(yīng)用N型光纖耦合器、專用于 血液中苯丙氨酸(Phe)水平的定量測量的熒光測量儀將成功實現(xiàn)。此 儀器的重要特點是充分應(yīng)用了 N型光纖耦合器可實現(xiàn)對激發(fā)光、熒光 信號和光源強度監(jiān)測三路光信號的同步傳輸，因此這個熒光測量儀比 之于現(xiàn)有的透鏡一反射鏡式的熒光測量儀還具有監(jiān)測激發(fā)光強度波 動的功能，所以其熒光測量的穩(wěn)定性會高出幾倍。
權(quán)利要求
1、一種應(yīng)用Y型光纖耦合器的熒光測量系統(tǒng)，其特征在于以Y型光纖耦合器取代現(xiàn)有的的透鏡-反射鏡式熒光測量系統(tǒng)中的二向分色鏡從而使得系統(tǒng)易于設(shè)計，空間位置好安排，裝配調(diào)整方便。此外，Y型光纖耦合器制造工藝和價格也比二向分色鏡簡單和便宜。
2、 一種應(yīng)用N型光纖耦合器的熒光測量系統(tǒng)，其特征在于應(yīng)用N型光纖耦合器具有的特性、即能實現(xiàn)對激發(fā)光、熒光信號和光源強度監(jiān)測三路光信號的同步傳輸?shù)奶匦詠韺崿F(xiàn)的一種熒光測量系統(tǒng)。此測量系統(tǒng)由于激發(fā)光源的輸出強度被監(jiān)測并被反饋的控制，從而減少光源的電源波動誤差，使得整個激發(fā)光系統(tǒng)處于比較穩(wěn)定的光輸出狀態(tài)，所以熒光檢測的穩(wěn)定性也有了很大提高。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述、設(shè)計的兩種專門用于定量測量血液樣品中的苯丙氨酸(Phe)水平的熒光測量儀，其特征是分別應(yīng)用了 Y型光纖耦合器的熒光測量系統(tǒng)和應(yīng)用了 N型光纖耦合器的熒光測量系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了二種應(yīng)用光纖耦合器的熒光測量系統(tǒng)，一種是應(yīng)用Y型光纖耦合器的熒光測量系統(tǒng)，它比之現(xiàn)有的透鏡—反射鏡式的熒光測量系統(tǒng)具有的最大優(yōu)點就是易于設(shè)計，空間位置好安排，裝配調(diào)整方便。此外，Y型光纖耦合器制造工藝和價格也比二向分色鏡簡單和便宜；另一種是應(yīng)用N型光纖耦合器的熒光測量系統(tǒng)，這個系統(tǒng)由于N型光纖耦合器具有可實現(xiàn)對激發(fā)光、熒光信號和光源強度監(jiān)測三路光信號的同步傳輸?shù)奶匦裕员戎F(xiàn)有的透鏡—反射鏡式的熒光測量系統(tǒng)具有的優(yōu)點同樣是易于設(shè)計，空間位置好安排，裝配調(diào)整方便，光纖耦合器制造工藝和價格也比二向分色鏡簡單和便宜，此外還具有監(jiān)測激發(fā)光強度波動的功能。這兩種熒光測量系統(tǒng)可以應(yīng)用于實現(xiàn)血液樣品中苯丙氨酸(Phe)水平的定量測量的一種專用熒光測量儀。
文檔編號G01J3/443GK101644601SQ20091004116
公開日2010年2月10日 申請日期2009年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月16日
發(fā)明者朱延彬, 振 田, 馬俊富 申請人:廣州市豐華生物工程有限公司