高灵敏度光学检测系统的制作技术
高灵敏度低频光学加速度计的设计
新技术新仪器2023年第43卷 第2期高灵敏度低频光学加速度计的设计李瑞君*，雷英俊，范光照（合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院，安徽 合肥 230009）摘 要：在结构健康监测、地震监测和航空航天等领域，需要准确测量频率低于10 Hz 和振幅小于1 mm 的低频微振动，对应的加速度在mg ~ μg 量级。
现有商用加速度计的灵敏度多低于0.5 V/g ，无法满足要求，故开展了高灵敏度低频光学加速度计的研究。
基于加速度计的测量原理，通过理论建模确定了低频加速度计设计相关的技术要求，采用簧片和柔性铰链作为弹性元件，搭配使用单质量块和多质量块，构建了一维、二维和三维弹性机构；基于像散、激光三角法和激光自准直等高精度光学传感原理，设计了高灵敏度的光学传感系统；最终完成了一维、二维和三维低频光学加速度计的设计，并通过实验验证了所设计加速度计的性能，其灵敏度均优于9 V/g ，分辨力均优于1 mg ，可以用于低频微振动的测量。
关键词：光学加速度计；低频；高灵敏度中图分类号：TB96；TH824+.4 文献标志码：A 文章编号：1674-5795（2023）02-0044-13Design of high⁃sensitivity low⁃frequency optical accelerometerLI Ruijun *, LEI Yingjun, FAN Kuangchao(Scool of Instrument Science and Opto⁃electronics Engineering Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)Abstract: In the fields of structural health monitoring, seismic monitoring, and aerospace, low⁃frequency micro⁃vi⁃brations with frequencies below 10 Hz and amplitude less than 1 mm need to be measured accurately. The acceleration values of low⁃frequency micro⁃vibrations are on the order of mg ~ μg, while the sensitivity of existing commercial acceler⁃ometers is mostly below 0.5 V/g, which can no longer meet the requirements. In this paper, high⁃sensitivity low⁃frequency optical accelerometers is carried out. Based on the sensing principle of accelerometers, the technical requirements related to the design of low⁃frequency accelerometers are determined through theoretical modeling, and one⁃dimensional (1D), two ⁃dimensional (2D), and three ⁃dimensional (3D) elastic mechanisms are constructed by using leaf springs and flexiblehinges as elastic elements with single and multiple seismic masses; based on high ⁃precision optical sensing principles such as the principle of image dispersion, laser triangulation, and laser auto⁃collimation, a high⁃sensitivity optical sensingsystem is designed. 1D, 2D and 3D low⁃frequency optical accelerometers have been designed and their performance has been verified by experiments, with sensitivity better than 9 V/g and resolution better than 1 mg, which can be used for low⁃frequency micro⁃vibration measurements.Key words: optical accelerometer; low frequency; high sensitivitydoi ：10.11823/j.issn.1674-5795.2023.02.06收稿日期：2023-01-06；修回日期：2023-02-15基金项目：国家自然科学基金面上项目（52175506）引用格式：李瑞君，雷英俊，范光照. 高灵敏度低频光学加速度计的设计［J ］. 计测技术，2023，43（2）：44-56.Citation ：LI R J ， LEI Y J ， FAN K C. Design of high⁃sensitivity low⁃frequency optical accelerometer ［J ］. Me⁃trology & measurement technology ， 2023， 43（2）：44-56.··44计测技术新技术新仪器0 引言低频微振动特性的研究在精密检测、精密加工、设备故障诊断和地质勘探等领域具有重要意义。
机载光学系统的优化设计与性能分析
机载光学系统的优化设计与性能分析随着航空技术的不断发展，机载光学系统在航空、军事、卫星等领域中扮演着重要的角色。
机载光学系统具有高分辨率、高精度、广泛应用等特点，可以用于航空侦察、遥感监测、陆地勘探等领域。
然而，机载光学系统的优化设计与性能分析是一个复杂而关键的问题，本文将从多个方面探讨这一话题。
一、光学系统的优化设计在机载光学系统的优化设计中，需考虑多个因素，包括镜头设计、光学元件选择、光谱范围、传感器灵敏度等。
首先，镜头的设计是机载光学系统优化的重要环节。
镜头的设计涉及到镜头的焦距、光圈、视场角等参数的选择。
通过合理选择这些参数，可以使系统具有较高的分辨率和灵敏度。
其次，在选择光学元件时，需要权衡传感器灵敏度、成像质量和成本等因素。
例如，镜头的材料选择会影响传感器的灵敏度，透镜的形状和材料的折射率会直接影响成像质量。
因此，在进行光学元件的选择时，需要综合考虑这些因素。
光谱范围也是机载光学系统设计的一个重要方面。
不同的应用需求对光谱范围有不同的要求。
例如，某些应用需要在可见光范围内进行成像，而某些应用则需要在红外波段进行成像。
因此，在设计机载光学系统时，需要根据应用需求合理选择光谱范围。
二、光学系统性能分析机载光学系统的性能分析是评估系统是否满足应用需求的关键环节。
性能分析包括分辨率分析、图像质量评估、辐射定标等。
分辨率分析是机载光学系统性能分析的重要方面。
分辨率是指系统能够分辨出的最小物体的尺寸。
机载光学系统的分辨率受到多个因素的影响，包括光学系统的设计、传感器的灵敏度、图像处理算法等。
通过分辨率分析可以评估系统的成像能力。
图像质量评估是另一个重要的性能分析指标。
图像质量包括对比度、噪声、色彩准确度等方面。
在图像质量评估中，可以采用一些常用的指标，如MTF曲线、SNR等，来评估图像质量。
辐射定标是用来精确测量和修正机载光学系统输出图像的亮度和颜色的过程。
辐射定标可以对机载光学系统进行校正，提高系统测量的准确性。
光电检测技术与应用
光电传感器是基于光电效应将光电信号转换为电信号的一种传感器光学系统的基本模型光发射机-> 光学信道一>光接收机光学系统通常分为：主动式，被动式。
主动式：光发射机主要由光源和调制器构成。
被动式：光发射机为被检测物体的热辐射。
光学信道：主要由大气，空间，水下和光纤。
光接收机是用于收集入射的光信号并加以处理，恢复光载波的信息。
光接收机分为：功率（直接）检测器，外差接收机。
光电检测技术特点：1. 高精度：是各种检测技术中精度最高的一种：激光测距法测地球与月亮的距离分辨率达1m2. 高速度：光是各种物质中传播速度最快的。
3. 远距离，程量：光是最便于远距离传播的介质4. 非接触性：光照到被测物体上可以认为是没有测量力，因此无摩擦。
5. 寿命长：光波是永不磨损的。
6. 具有很强的信息处理和运算能力，可将复杂信息并行处理。
光电传感器：1•直射型2反射型3辐射型光电检测的基本方法有：1•直接作用法.2.差动测量法3补偿测量法4•脉冲测量法直接作用法：收被测物理控制的光通量，经光电转换后有检测机构直接得到所求被测物理量。
差动测量法：利用被测量与某一标准量相比较，所得差或数值比克反应被测量的大小。
光电检测技术的发展趋势：1. 发展纳米，亚纳米高精度的光电测量新技术。
2. 发展小型的，快速的微型光，机，电检测系统。
3. 非接触，快速在线测量。
4. 发展闭环控制的光电检测系统。
5. 向微空间或大空间三维技术发展。
6. 向人们无法触及的领域发展。
7. 发展光电跟踪与光电扫描技术。
在物质受到辐射光的照射后，材料的电学性质发生了变化的现象称为光电效应光电效应分为：外光电效应和内光电效应光电导效应是一种内光电效应。
光电导效应也分为本征型和非本征型两类光电导效应是非平衡载流子效应，因此存在一定的|弛豫现象|:光电导材料从光照开始到获得稳定的光电流需要一定能的时间。
弛豫现象也叫惰性。
光生伏特效应：与光照相联系的是|少数载流子|的行为。
工程光电探测系统设计方案
工程光电探测系统设计方案一、背景及意义光电探测系统是一种集光学、电子、计算机等多种技术于一体的高新技术系统，能够利用光电传感器对目标物体进行检测、识别、跟踪等操作。
在工程、军事、医疗、安防等领域有着广泛的应用前景。
光电探测系统的设计方案具有重要意义，它决定了系统的性能、可靠性和实用性。
本文将以一种针对军事领域的光电探测系统为例，介绍其设计方案。
二、需求分析1. 任务需求：该光电探测系统主要用于探测和跟踪飞行器、地面目标、水下目标等，能够实时获取目标的位置、速度、姿态等信息。
2. 工作环境：系统将在多种复杂环境下工作，包括昼夜光照变化、恶劣气候条件、高速移动目标等。
3. 精度要求：系统对目标的探测、识别和跟踪需具备较高的精度，能够满足军事需求的作战指挥要求。
三、系统结构设计1. 组成模块：光电探测系统主要由光学模块、电子模块、数据处理模块、控制模块组成。
2. 功能描述：光学模块负责捕捉目标的光信号，将其转化为电信号；电子模块负责信号放大、滤波、数字化处理；数据处理模块负责对目标进行识别、跟踪、定位计算；控制模块负责系统的运行控制和指令传输。
四、技术实现方案1. 光学模块：选用高灵敏度、高分辨率的光学传感器，采用光学滤波、聚焦、变倍等技术，以获得清晰、准确的目标图像。
2. 电子模块：采用低噪声、高增益的放大器、滤波器等元件，保证光信号的清晰度和稳定性。
3. 数据处理模块：采用先进的图像处理算法，如边缘检测、目标识别、运动跟踪等技术，对捕捉到的光学信号进行处理，提取目标信息。
4. 控制模块：引入先进的控制算法，实现对光学模块、电子模块、数据处理模块的无缝控制和协同工作。
五、系统性能指标1. 光学性能：分辨率≥30lp/mm，灵敏度≥0.1Lux，变焦范围≥20倍。
2. 电子性能：信噪比≥60dB，增益范围±20dB，输出动态范围≥5V。
3. 数据处理性能：目标识别准确率≥95%，跟踪误差≤1像素，处理帧率≥30fps。
基于SiPM的高灵敏度大响应范围的弱光探测系统
基于SiPM的高灵敏度大响应范围的弱光探测系统1. 引言1.1 SiPM技术概述SiPMs offer several advantages over traditional photomultiplier tubes (PMTs), including compact size, robustness, insensitivity to magnetic fields, and lower operating voltages. These features make SiPMs ideal for applications requiring high sensitivity, such as medical imaging, environmental monitoring, and particle physics experiments.1.2 弱光探测系统的重要性弱光探测系统在科学研究和工业应用中扮演着至关重要的角色。
随着科技的日益发展，越来越多的应用需要对弱光信号进行高效、高灵敏度的检测和测量。
弱光信号包含了许多重要信息，例如光生物学、天文学、光通信、医学成像等领域都需要对微弱的光信号进行探测和分析。
在某些情况下，这些信号甚至只是由几个光子构成，因此对于弱光探测系统的要求非常高。
弱光探测系统的重要性体现在其对高灵敏度、高响应范围和快速响应速度的要求。
只有具备这些特点的弱光探测系统，才能够准确地捕捉和分析微弱的光信号，从而实现相关领域的科学研究和工业应用。
发展基于SiPM的高灵敏度大响应范围的弱光探测系统具有极其重要的意义。
SiPM技术的特点可以满足这些要求，其高灵敏度、低噪声、快速响应速度等特点使其在弱光探测系统中具有广阔的应用前景。
对于弱光探测系统而言，引入SiPM技术是一种有效的解决方案，可以提升系统的性能和可靠性，推动科学研究和工业应用的发展。
2. 正文2.1 SiPM技术原理及特点SiPM（Silicon Photomultiplier）是一种基于硅的单光子探测器，最初由华中科技大学的钟颖教授团队开发。
无损检测技术中的光学检测方法详解
无损检测技术中的光学检测方法详解光学检测在无损检测技术中占据着重要的地位，它不仅能够快速准确地检测材料表面的缺陷，而且具有非破坏性的特点。
本文将详细介绍光学检测在无损检测中的应用及其原理。
光学检测方法主要包括视觉检测、红外热像检测和激光检测等。
其中，视觉检测是最常用的一种方法，通过人眼观察材料表面的变化来判断是否存在缺陷。
这种方法简单直观，适用于对表面缺陷进行初步检测，但对于微小缺陷的检测效果有限。
红外热像检测则利用物体发出的热能辐射来探测其表面的温度变化。
通过红外热像仪，可以将物体的表面温度转化为可见的图像，从而判断是否存在缺陷。
由于热像检测可以实时观测到物体的温度分布，因此可以非常准确地检测到潜在的缺陷。
激光检测是一种利用激光光源和光学传感器对材料进行扫描的方法。
通过测量激光的反射或散射，可以判断材料表面是否有缺陷。
激光检测具有高分辨率、高灵敏度和快速检测的特点，可以对微小缺陷进行准确的定位和识别。
除了以上几种方法，还有一些高级的光学检测技术，如照相测距法、摄影测距法、干扰法等。
这些方法利用光学原理和成像技术，对材料进行更加细致和精确的检测。
例如，照相测距法通过测量物体在两张照片上的位置差异来计算出物体的大小和形状。
摄影测距法则通过测量摄影图像中物体的像素大小来推测物体的实际大小。
干扰法则利用干涉现象来观察材料表面的微小变化，从而判断是否存在缺陷。
光学检测技术在无损检测中的应用非常广泛。
在制造业中，光学检测可以用来检测产品的外观缺陷、尺寸偏差和形状变化等。
在航空航天领域，光学检测可以用来检测飞机表面的裂纹和疲劳损伤。
在医学领域，光学检测可以用来检测人体表面的皮肤病变和眼睛疾病等。
在光学检测技术的发展过程中，还出现了一些新的技术和方法，如数字图像处理、光学成像和机器视觉等。
这些技术的应用使得光学检测更加智能化和自动化，大大提高了检测的准确性和效率。
总之，光学检测技术在无损检测中具备独特的优势，它能够快速准确地检测材料表面的缺陷，为生产和生活中的各个领域提供了重要的支持。
光学传感器的工作原理及其应用领域
光学传感器的工作原理及其应用领域随着技术的不断更新换代，很多新的领域得以发展壮大，其中光学传感器就是其中之一。
光学传感器作为一种传感器，具有很高的灵敏度、高可靠性和精度，广泛应用于各个领域。
本文将深入探讨光学传感器的工作原理及其应用领域。
一、光学传感器的工作原理光学传感器是一种基于光学原理的传感器，利用光学原理检测物理、化学或生物变化，并将其转换成电信号输出。
光学传感器的核心部件是光敏元件，它可以将光信号转换成电信号。
光学传感器通过光学模块将需要检测的物理量转换成光信号，再通过光敏元件将光信号转换成电信号，从而实现物理量的检测。
光学传感器的工作原理主要分为以下几个步骤：1. 发光：发出一束光线照射待测物体2. 传导：待测物体散发出来的光信号被传导到光传感元件3. 接收：光传感元件接收散发出来的光信号4. 转换：光传感元件将光信号转化成电信号5. 处理：将电信号送到处理器进行分析和处理6.输出：将处理后的结果显示或记录下来。
二、光学传感器的应用领域光学传感器具有很高的灵敏度、高可靠性和精度，广泛应用于各个领域。
下面将介绍几个光学传感器的应用领域。
1. 机械行业在机械行业中，光学传感器被广泛应用于检测机械传动系统中的转速和运动状态。
机械行业中还用光学传感器来检测自动化装配机器人中的位置和姿态，并用于检测机器人运动的位置和速度。
2. 汽车工业光学传感器在汽车工业中的应用也非常广泛。
其中包括自动驾驶技术中的激光雷达光学传感器和汽车制造中的疲劳检测。
3. 医疗保健在医疗保健领域中，光学传感器被广泛应用于血氧饱和度和血糖检测中。
它们还用于测量心率、血压和呼吸率等生理参数。
4. 环境保护光学传感器被广泛应用于环境保护领域。
例如，它们可用于测量大气污染、水污染和土壤污染。
此外，光学传感器还用于检测农作物的养分和湿度。
5. 光电通讯光学传感器在光电通讯领域中的应用也越来越广泛。
光学传感器可用于检测光纤通信中传输的数据和信号。
基于纳米技术的新型光学传感器研究
基于纳米技术的新型光学传感器研究在科技的飞速发展过程中，纳米技术已经成为各个领域的研究热点。
其中，基于纳米技术的新型光学传感器在光学检测领域引起了广泛关注。
本文将从纳米技术的原理出发，探讨新型光学传感器的优势和应用前景，同时介绍了一些相关的研究成果。
纳米技术作为一种独特的技术手段，可以在纳米尺度上对材料进行精确控制和调控。
在光学传感器的研究中，纳米技术可以通过构筑纳米结构，调控光的传播和相互作用方式，从而实现对光学信号的高灵敏度检测。
相比传统的光学传感器，基于纳米技术的新型光学传感器具有以下明显优势。
首先，基于纳米技术的新型光学传感器具有高灵敏度的特点。
纳米材料可以引起光的局域场增强效应，从而使信号的检测灵敏度大大提高。
例如，金属纳米颗粒在可见光范围内具有表面等离激元共振效应，当用于传感器中时，可以显著提高传感器的灵敏度，并且实现单分子级别的检测。
其次，基于纳米技术的新型光学传感器具有快速响应的特点。
纳米结构的尺寸小，能够实现实时的光学信号检测和响应。
与传统光学传感器相比，基于纳米技术的光学传感器响应速度更快，适用于实时监测和快速检测的应用场景。
此外，基于纳米技术的新型光学传感器还具有高度可定制化和集成化的优势。
通过调控纳米结构的形貌和组合，可以实现对传感器的多参数探测和定制。
同时，纳米技术还可以与其他技术手段结合，实现光学传感器的多功能集成，提高整体性能。
基于纳米技术的新型光学传感器具有广泛的应用前景。
例如，在生物医学领域，通过纳米材料在细胞水平上的应用，可以实现对生物标志物的高灵敏度检测，用于疾病的早期诊断和治疗监测。
在环境监测领域，基于纳米技术的光学传感器可以实现对有害气体和水体中微量污染物的高效检测和监测。
在光通信领域，纳米结构的应用可以提高光信号的传输效率和容量，实现更高速度和更稳定的数据传输。
目前，基于纳米技术的新型光学传感器的研究已经取得了一些重要的成果。
例如，研究人员通过纳米结构的设计和操控，成功开发出了具有高灵敏度和快速响应的纳米光子晶体传感器。
光学探测技术在测量领域中的应用研究
光学探测技术在测量领域中的应用研究光学探测技术是利用光学原理进行物理量的检测和测量的一种技术，其应用广泛，涉及多方面的领域。
在测量领域中，光学探测技术得到了较为广泛的应用，具有高精度、高效率、高灵敏度等优点。
一、激光扫描测量技术激光扫描测量技术是一种应用光学原理进行测量的技术，相比传统的机械测量方法，它具有高精度、高速度、非接触等优点。
激光扫描测量技术可用于汽车工业、航空航天、机器人等领域，以及建筑、工业设备等这些需要高精度测量的领域。
通过激光发射到物体表面，测量其反射信号以得到物体表面坐标信息。
激光扫描测量技术还能够在三维测量过程中快速获取到物体各个部位的坐标信息和形状信息。
应用于制造业领域，它能够实现数字化设计和加工，提高生产效率和产品质量。
二、激光干涉测量技术激光干涉测量技术是光学探测技术中的一种薄膜厚度测量技术，通过分析光的干涉效应来测量物体表面的形貌、粗糙度和厚度等物理量。
其应用于机械、汽车、航空、电子等领域，通过对相关物理量的测量，开展产品的检测、质量控制和分析等工作。
激光干涉测量技术具有高精度、无需接触、快速测量、非破坏性等优点。
通过激光束对物体表面进行扫描，从而获得反射光的干涉图案，通过分析图案来得到物体表面的形状和位移等信息，从而测量物体表面的形状和精度等物理量。
三、光纤传感技术光纤传感技术是基于光学原理进行测量的一种技术，是一种高精度、高灵敏度的测量技术。
其在航空、汽车、精密仪器和医疗等领域得到了广泛的应用。
光纤传感技术通过利用光纤作为传感器，测量光纤中的光强或光相位等变化，来监测各种物理量的变化。
它可以帮助测量物体温度、压力、应力、振动、光强、位移等物理量。
光纤传感技术具有高灵敏度、高可靠性、高分辨率、高实时性等特点。
应用于航空领域，它能够实现飞机结构的实时监测并进行预警和维护，提高飞行安全性。
综上所述，光学探测技术在测量领域中的应用研究十分重要。
随着科技的不断发展，光学探测技术将会发挥更加重要的作用，并为诸多领域的改进和发展提供强有力的支撑。
基于面阵CCD的高灵敏度微型光谱仪的设计与实现
基于面阵CCD的高灵敏度微型光谱仪的设计与实现徐丹阳;杜春年【摘要】面阵CCD具有灵敏度高、动态范围大的优点,适用于荧光测量、DNA测序、拉曼光谱分析和低光度检测,因此,研制基于面阵CCD的高灵敏度微型光纤光谱仪具有重要的实际价值.光学系统采用了优化后的交叉非对称型Czerny-Turner 结构,并获得了1 nm的光学分辨率.结合DC-DC和LDO的设计方法,通过USB供电实现了6路电压输出的复杂电源系统设计;通过Verilog HDL完成了CCD驱动时序设计;采用Altera公司的EPM7064芯片实现了驱动信号输出.CCD输出的视频信号经双相关采样的高速16位AD芯片AD9826转换后存储在独立的静态RAM中,使得数据的采集和读取分离.所设计与实现的微型高灵敏度光纤光谱仪的灵敏度是通常基于线阵CCD的微型光谱仪的11倍左右,动态范围20000:1,信噪比达到500:1,很大程度地提高了微型光纤光谱仪的性能.【期刊名称】《光电工程》【年(卷),期】2018(045)011【总页数】11页(P30-40)【关键词】光谱仪;面阵CCD;高灵敏度;CPLD;双相关采样【作者】徐丹阳;杜春年【作者单位】浙江工业大学理学院,浙江杭州 310023;浙江工业大学理学院,浙江杭州 310023【正文语种】中文【中图分类】TH741光谱仪是光谱检测的重要仪器，通过对光谱的测量分析来完成对物质成分和结构等的测量，具有测量速度快、精度高、无损测量等优点，已经广泛应用于材料化学、石油化工、光学检测、天文研究、环境检测及航空航天等领域[1-3]。
传统的光谱仪器，其庞大的体积，高昂的价格几乎将此类仪器设备限制在实验室中。
近年来，一方面生物医学、科技农业等应用领域的迫切需求，要求分析仪器向着小型化、智能化的方向发展；另一方面得益于微型光机电系统(micro-electro-mechanical system, MEMS)的发展和光纤器件的大批量生产，以及微型光电探测器件的出现，使得光谱仪的微型化成为了可能[4-6]。
便携式拉曼光谱仪的光学系统设计与研制
便携式拉曼光谱仪的光学系统设计与研制一、本文概述拉曼光谱学作为一种重要的无损检测技术，已在化学、物理、生物、材料科学等领域展现出广泛的应用前景。
便携式拉曼光谱仪，作为一种新型的、可随身携带的分析工具，其便携性、快速性和准确性使得现场实时分析成为可能，对于现场检测、环境监测、食品安全等领域具有重要的应用价值。
本文旨在探讨便携式拉曼光谱仪的光学系统设计与研制，通过对光学系统的深入研究与优化，以期提升便携式拉曼光谱仪的性能和实用性。
文章首先概述了拉曼光谱学的基本原理和便携式拉曼光谱仪的发展背景，阐述了便携式拉曼光谱仪在各个领域的应用价值。
接着，文章详细分析了便携式拉曼光谱仪光学系统的设计原则和技术要求，包括激光光源的选择、光学元件的匹配、光路的布局与优化等方面。
在研制过程中，我们注重光学系统的紧凑性和稳定性，通过合理的光路设计和精确的元件选型，实现了光学系统的高效、稳定运行。
文章还介绍了便携式拉曼光谱仪的实验验证与性能测试，包括光谱分辨率、信号稳定性、测量速度等关键指标的评价。
实验结果表明，本文设计的便携式拉曼光谱仪光学系统具有良好的性能表现，能够满足现场快速检测的需求。
文章总结了便携式拉曼光谱仪光学系统设计与研制的主要成果和经验，并对未来的发展方向进行了展望。
我们相信，随着光学技术和制造工艺的不断进步，便携式拉曼光谱仪将在更多领域发挥重要作用，为现场检测和实时监测提供有力支持。
二、拉曼光谱仪的基本原理拉曼光谱学是一种散射光谱学，其基本原理基于拉曼散射现象，这是一种非弹性散射过程，涉及到光与物质分子的相互作用。
当入射光照射到物质表面时，大部分光会被反射或折射，但还有一小部分光会与物质分子发生相互作用，导致光子的能量和方向发生改变，这种改变就是拉曼散射。
拉曼散射过程中，光子与物质分子发生能量交换，使得散射光的频率发生变化。
如果散射光的频率小于入射光的频率，那么这个过程被称为斯托克斯拉曼散射；反之，如果散射光的频率大于入射光的频率，那么这个过程被称为反斯托克斯拉曼散射。
TDLAS_气体激光遥测高灵敏光电探测电路设计
文章编号 2097-1842（2024）01-0198-11TDLAS 气体激光遥测高灵敏光电探测电路设计裴梓伊1,2，胡朋兵2,3，潘孙强2,3，戚海洋2,3，刘素梅2,3，刘 东1 *（1. 浙江大学 光电科学与工程学院 极端光学技术与仪器全国重点实验室, 浙江 杭州310027；2. 浙江省计量科学研究院, 浙江 杭州310018；3. 浙江省能源与环境保护计量检测重点实验室, 浙江 杭州310018）摘要：针对气体激光遥测光信号微弱、环境因素干扰强等特点，结合波长调制技术，设计和研究了用于TDLAS 激光遥测的高灵敏度光电探测电路(Highly Sensitive Photoelectric Detection Circuit, HSPDC)。
基于波长调制技术，确定了TDLAS 信号噪声抑制方法；采用光电二极管理想模型，分析了光电探测电路的线性响应特性并确定了光电二极管的关键参数；基于级联放大原理设计、仿真并对HSPDC 进行测试。
结果表明：所设计HSPDC 的光功率检测下限为0.11 nW ，信号衰减仅为0.79 dB(f =10 kHz)，截止频率较现有108 V/A 跨阻放大电路高一个数量级，可用于高速调制微弱光信号的探测。
搭建了气体激光遥测系统，当调制频率为3 kHz 时，激光遥测系统获得了良好的检测性能，检测灵敏度达到88.66 mV/ppm ，检测限优于0.565 ppm ，线性拟合度R 2为0.999 6。
研究表明，研制的HSPDC 光电探测电路具有响应速度快、检测灵敏度高等优点，可集成化，能满足气体激光遥测应用需求。
关 键 词：光电探测；跨阻放大；TDLAS ；开放光路；激光遥测中图分类号：O433.1；O433.4 文献标志码：A doi ：10.37188/CO.2023-0107Design of a highly sensitive photoelectric detection circuitfor TDLAS gas laser telemetryPEI Zi-yi 1,2，HU Peng-bing 2,3，PAN Sun-qiang 2,3，QI Hai-yang 2,3，LIU Su-mei 2,3，LIU Dong 1 *（1. State Key Laboratory of Extreme Photonics and Instrumentation , College of Optical Scienceand Engineering , Zhejiang University , Hangzhou 310027, China ；2. Zhejiang Institute of Metrology , Hangzhou 310018, China ；3. Key Laboratory of Energy and Environmental Protection Measurement ofZhejiang Province , Hangzhou 310018, China ）* Corresponding author ，E-mail : ******************.cnAbstract : Aming at the characterstics of weak gas laser telemetry optical signals and strong interference from environmental factors, a Highly Sensitive Photoelectric Detection Circuit (HSPDC) for TDLAS laser tele-收稿日期：2023-06-25；修订日期：2023-07-20基金项目：2022 年度“尖兵”“领雁”研发攻关计划项目（No. 2022C03065，No. 2022C03162，No. 2022C03084）；浙江省市场监督管理局雏鹰计划 培育项目（No. CY2023001）；浙江省市场监督管理局科研计划项目（No. QN2023419）Supported by the “Pioneer ” and “Leading Goose ” R&D Program of Zhejiang (No. 2022C03065，No.2022C03162，No. 2022C03084); Science and Technology Plan Program, Eagle Plan Training Program of Mar-keting Surveillance & Administration Bureau of Zhejiang Province (No. QN2023419, No. CY2023001)第 17 卷 第 1 期中国光学（中英文）Vol. 17 No. 12024年1月Chinese OpticsJan. 2024metry based on wavelength modulation technology has been designed and investigated. In addition, a noise suppression method for TDLAS signals based on wavelength modulation technology was determined. The photodiode ideal model is utilized to analyze the linear response characteristics of the photodetector circuit and determine the essential photodiode parameters. Based on the cascade amplification principle， the HSP-DC is designed, simulated, and tested, achieving a lower limit of optical power detection of 0.11 nW, a sig-nal attenuation of 0.79 dB (f=10 kHz). The cutoff frequency is one order of magnitude higher than the exist-ing 108 V/A cross-impedance amplification circuit. Therefore, the HSPDC is applicable for high-speed modu-lation of weak optical signals. The laser telemetry system exhibits excellent detection performance at a modu-lation frequency of 3 kHz, with a detection sensitivity of 88.66 mV/ppm, a detection limit of less than 0.565 ppm, and a linear fit R2 of 0.999 6. The study demonstrates that the HSPDC photoelectric detection cir-cuit has the advantages of fast response, high detection sensitivity and accuracy. Thus, it can be integrated to meet the needs of gas laser telemetry applications.Key words: photoelectric detection；transimpedance amplification；TDLAS；open light path；laser telemetry1 引 言近年来，环境保护受到人们越来越多的关注，痕量/微量气体检测[1]、颗粒物检测[2]、尘埃气溶胶检测[3]、海洋水质检测[4]乃至气溶胶-水云特性检测[5-6]等相关领域均迎来了蓬勃的发展。
光电检测技术介绍
光电检测技术介绍光电检测技术是光学检测技术的一种，利用光电器件对光信号进行检测和测量。
光电检测技术的原理是将光能转化为电能，通过光电器件的输出电信号来反映光信号的强弱、波长、频率等特性，广泛应用于光学通信、光学仪器、生物医学、环境监测等领域。
光电检测技术的一大特点是灵敏度高、响应速度快。
光电器件如光电二极管、光敏电阻等，在光照下能够产生电流或电压信号，其输出与光信号的光强成正比。
这使得光电检测技术在较低光强下依然能够工作，并且可以实现快速的信号响应。
例如，在光学通信中，光电检测技术可以将光信号转化为电信号，进而进行数字信号的处理和传输。
另一个重要的特点是光电检测技术具有宽波长范围的特性。
光电器件的响应波长范围可以从紫外到红外，甚至达到远红外等波段。
这使得光电检测技术可以对不同波段的光信号进行检测，适用于不同领域的应用。
例如，光电检测技术在环境监测中可以测量大气中的紫外光和红外辐射，用于分析和监测环境中的污染物。
随着科技的发展，光电检测技术不断创新和改进。
现代光电检测技术结合了激光技术、光纤技术、图像处理等先进技术，进一步提高了检测的灵敏度和分辨率。
例如，光电检测技术在医学影像中可以利用激光扫描和图像处理技术，实现对人体组织的高清成像。
光电检测技术在生物医学领域也有广泛应用。
例如，光电检测技术可以用于检测人体的血液中激素、蛋白质等生化指标，达到快速、准确的诊断效果。
同时，光敏剂结合光电检测技术也常用于治疗癌症、皮肤病等疾病。
光电检测技术的应用为医学诊疗提供了新的手段。
除了上述领域，光电检测技术在工业检测、安防监控、光学仪器等领域也有广泛应用。
例如，光电检测技术可以用于检测物体的位置、距离、形状等参数，实现工业生产线上的自动化控制。
在安防领域，光电检测技术可以通过红外光或激光束对目标进行监测和跟踪，提供实时的视频监控。
总之，光电检测技术作为一种重要的光学检测技术，具有灵敏度高、波长范围宽、分辨率高等优点，广泛应用于光学通信、生物医学、环境监测、工业检测等领域。
先进光学制造与检测技术pdf
先进光学制造与检测技术
先进光学制造与检测技术是现代光学工程领域中的一个重要分支，涵盖了从光学元件的设计、加工到检测与校准等一系列的技术。
光学制造方面，先进技术主要包括精密光学加工技术、光学镀膜技术、激光加工技术等。
精密光学加工技术能够实现对复杂形状和高精度要求的光学元件的制造，如球面、非球面、棱镜、分光镜等。
光学镀膜技术则能够在光学元件表面镀上一层或多层薄膜，以改变其折射率、透射率或反射率等性质。
激光加工技术则利用激光束对光学元件进行精细加工，具有精度高、效率高、无接触等优点。
在光学检测方面，先进技术主要包括光学成像技术、光谱分析技术、干涉测量技术等。
光学成像技术能够对目标进行高分辨率、高灵敏度的成像，广泛应用于生物医学、军事、工业无损检测等领域。
光谱分析技术则能够通过测定物体吸收或发射光的特性来获取有关物体成分和结构的信息，如拉曼光谱、红外光谱等。
干涉测量技术则利用光的干涉现象来进行高精度的测量，如激光干涉测量、光学相干层析成像等。
这些先进光学制造与检测技术在现代光学工程领域中发挥着至关重要的作用，推动了光学技术的快速发展。
光子学技术如何实现光传感器的高灵敏度检测
光子学技术如何实现光传感器的高灵敏度检测光传感器是一种能够将光信号转换为电信号的器件，广泛应用于光通信、光谱分析、环境监测等领域。
为了提高光传感器的性能和灵敏度，光子学技术正在被广泛应用，以实现高灵敏度的光传感器检测。
光子学技术是一门研究光子和其应用的学科，通过利用光的特性来实现高精度、高敏感度的光学检测。
在光传感器中，光子学技术可以通过以下几个方面来实现高灵敏度的检测。
首先，光纤技术的应用能够提高光传感器的灵敏度。
光纤是一种将光信号通过光纤传输的技术，其具备低损耗、宽波长范围、电磁干扰不易影响等优势。
通过使用光纤将传感器与光源和检测器相连，可以减少信号在传输过程中的损耗，提高信号的灵敏度。
此外，光纤的分布式传感技术还可以实现对光信号的高精度实时监测，进一步提高光传感器的灵敏度和准确性。
其次，光子学材料的选择对光传感器的灵敏度也起到重要作用。
光子学材料是指那些能够对光信号进行有效捕捉和转换的材料，如半导体材料、光敏材料等。
这些材料具有高量子效率、高响应速度、低暗电流等特性，能够增强光传感器对光信号的感应能力和响应速度，从而实现高灵敏度的光传感器检测。
此外，利用光学器件的设计和优化也能够提高光传感器的灵敏度。
例如，设计合适的光学滤波器可以选择性地增强或减弱光信号的某些特定波长成分，从而提高光传感器对特定波长光信号的检测感应度。
光学透镜的使用可以调整光的聚焦和分散，进一步提高光信号的集光效果，增强光传感器的灵敏度。
此外，光学偏振器可选择性地通过或阻挡具有特定偏振状态的光信号，实现对光的偏振特性进行测量，也可用于灵敏度的提升。
最后，数字信号处理和数据分析也在光传感器中起到重要作用。
通过合理的数字信号处理算法和数据分析方法，可以增强光传感器对光信号的检测和分析能力。
如使用滤波算法可消除噪声和干扰，提高信号的精度和灵敏度。
同时，采用适当的数据分析方法可以提取光传感器所感知到的关键信息，实现对光信号的精确判别和分类，提高灵敏度。
腔增强吸收光谱技术
腔增强吸收光谱技术
腔增强吸收光谱技术（Cavity-Enhanced Absorption Spectroscopy，CEAS）是一种高灵敏度的光谱分析技术，用于检测气体或液体样品中的微量分子。
这一技术的原理涉及将样品引入光学腔中，然后使用高度反射的镜子以增强光的相互作用，从而提高吸收光谱的检测灵敏度。
以下是腔增强吸收光谱技术的基本原理和特点：
1.光学腔：腔增强吸收光谱技术使用具有高度反射的镜子构成的
光学腔，形成一个光学共振腔。
这个腔用于多次反射光线，从
而增加样品与光相互作用的机会。
2.样品引入：样品（通常是气体或液体）被引入腔中，光线穿过
样品多次，与样品中的分子相互作用。
分子吸收特定波长的光。
3.光谱测量：通过在腔中引入一个宽带光源，测量样品的吸收光
谱。
光谱中的吸收线与样品中的分子特定振动或转动模式相对
应。
4.高灵敏度：由于光线在腔内多次反射，光路增加，使得腔增强
吸收光谱技术具有非常高的灵敏度。
它可以检测到样品中的微
量分子，通常在ppm（百万分之一）或ppb（十亿分之一）浓
度范围内。
5.应用领域：腔增强吸收光谱技术广泛用于环境监测、大气科学、
化学分析、生物医学、食品安全和材料科学等领域。
6.仪器复杂性：腔增强吸收光谱技术的仪器通常比传统吸收光谱
仪器复杂，需要高度精确的光学部件和稳定的光源。
总之，腔增强吸收光谱技术是一种用于检测微量气体或液体中分子的高灵敏度技术。
它在科研和工业应用中有着广泛的用途，用于分析和监测多种化学物质。
光子学技术在生物检测中的实验设计方法
光子学技术在生物检测中的实验设计方法光子学作为一门新兴学科，正逐渐成为生物检测领域中的重要工具。
光子学技术利用光的特性来研究和检测生物体内的信息，具有非侵入性、高灵敏度和高选择性的特点。
在生物检测中，光子学技术的实验设计方法至关重要，它将直接影响实验的结果和数据解读。
本文将讨论光子学技术在生物检测中的实验设计方法，并探讨其应用前景。
首先，实验设计的目标是确定分析样品的生物参数或特性。
在光子学技术中，常用的实验目标包括光谱分析、实时监测和成像等。
光谱分析是通过测量样品对特定波长光的吸收、散射或发射来获取样品的信息。
实时监测是指对样品的某种变化或事件进行连续的监测和记录。
而成像则是通过光学方法获取样品的空间分布信息。
根据实验目标的不同，实验设计方法也有所差异。
其次，实验设计需要选择适当的光源和光学系统。
光源的选择应根据所需的波长范围和光强度来确定。
通常使用的光源包括激光器、LED和光纤光源等。
光学系统的选择应考虑到样品的特性和光子学技术的要求。
例如，如果需要对样品进行光学显微镜观察，则需要选择合适的显微镜系统和物镜。
另外，还需要选择适当的滤光片和光学器件来调节光的波长和强度。
第三，实验设计需选择合适的检测器。
检测器的选择应根据实验目标和样品类型来确定。
常用的检测器包括光电二极管（Photodiode）、光电倍增管（Photomultiplier Tube）和光纤光谱仪（Fiber Optic Spectrometer）等。
对于光谱分析，光纤光谱仪是一种常用的检测器，它具有高分辨率和宽波长范围的优势。
而对于实时监测和成像，常用的检测器包括光电二极管和光电倍增管，它们具有高响应速度和高灵敏度的特点。
第四，实验设计需要选择合适的样品处理方法。
样品处理的目的是提高样品的灵敏度和可靠性。
常用的样品处理方法包括稀释、富集、染色和修饰等。
稀释方法可以通过稀释样品来降低背景噪音。
富集方法可以提高样品的信号强度，如使用免疫磁珠富集特定蛋白。
鼠标的高DPI设定及光学检测轮廓
鼠标的高DPI设定及光学检测轮廓鼠标是我们在使用电脑、笔记本或其他电子设备时经常遇到的一种外设。
而鼠标的高DPI设定和光学检测轮廓是鼠标技术上的两大重要部分。
本文将详细介绍鼠标的高DPI设定和光学检测轮廓的相关知识。
一、鼠标的高DPI设定DPI是Dots Per Inch的缩写，即每英寸点数。
在鼠标中，DPI指的是每英寸内鼠标光标移动的像素点数。
一般来说，DPI越高，鼠标光标移动的速度越快，对应鼠标操作的灵敏度也更高。
现在市面上的普通鼠标一般有800 DPI和1200 DPI两种设定，而高端游戏鼠标则可以达到几千DPI的高灵敏度。
对于普通的办公使用来说，800 DPI和1200 DPI已经足够满足日常需求。
但是对于专业游戏玩家来说，高DPI设定可以让他们在游戏中更加敏捷地控制角色，并快速反应。
通过鼠标的驱动程序或软件，我们可以调整鼠标的DPI设定。
具体操作方法因不同的鼠标品牌和型号而异，但一般来说，我们可以通过在驱动程序或软件中找到相关的选项菜单，在菜单中选择适合自己需求的DPI数值，如800 DPI、1200 DPI等。
调整后的DPI设置会立即生效，用户可以根据个人喜好进行调整。
值得注意的是，如果鼠标的DPI设置过高，移动速度过快可能会导致光标在屏幕上跳动或难以精确点击目标。
因此，在使用高DPI设定时要根据自己的实际需求和使用习惯来选择合适的数值。
二、鼠标的光学检测轮廓光学检测轮廓是鼠标的一项重要技术，它通过感光元件来检测鼠标底部的纹路，从而实现移动的光学信号转换成电信号，进而反映到光标的移动上。
常见的鼠标光学检测轮廓技术主要有两种：光学传感器和激光传感器。
光学传感器是通过发射和接收红外线光束的方式来检测鼠标的移动情况，对于一般办公和家用需求而言已经足够。
而激光传感器则使用更高的频率和较高的光谱范围来达到更高的精准度和灵敏度，适用于专业游戏玩家和设计师等对精准操作要求较高的人群。
光学检测轮廓技术对于鼠标的使用体验有着重要影响。
激光检测原理
激光检测原理
激光检测是一种高精度、高灵敏度的检测方法，广泛应用于工业、医学、环境监测等领域。
其原理主要基于激光的特性和光学检
测技术，下面将介绍激光检测的原理及其应用。
首先，激光的特性决定了其在检测中的重要作用。
激光是一种
具有高亮度、单色性和相干性的光源，具有很强的穿透能力和方向性。
这些特性使得激光可以在长距离内保持高能量密度和高聚焦度，从而能够实现对微小目标的高精度检测。
其次，激光检测的原理基于激光与被检测物质之间的相互作用。
当激光束照射到被检测物质上时，会发生光与物质的相互作用，包
括散射、吸收、透射等过程。
这些光学特性会受到被检测物质的影响，从而产生一系列特征信号。
通过检测和分析这些特征信号，可
以获取被检测物质的相关信息，如浓度、形态、表面特性等。
激光检测的应用非常广泛。
在工业领域，激光检测被用于材料
表面缺陷检测、精密加工质量控制、三维测量等方面。
在医学领域，激光检测被应用于医学影像诊断、光学显微成像、激光治疗等方面。
在环境监测领域，激光检测被用于大气污染监测、水质分析、植被
遥感等方面。
可以说，激光检测已经成为现代科技领域中不可或缺的重要手段。
总之，激光检测的原理基于激光的特性和光学检测技术，通过光与物质的相互作用实现对被检测物质的高精度检测。
其应用涵盖工业、医学、环境监测等多个领域，为现代科技的发展和人类生活的改善提供了重要支持。
希望通过本文的介绍，读者能对激光检测有更深入的了解，并将其应用于实际生产和生活中。
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本技术公开了一种用于检测化学和生物分析物的高灵敏度光学系统，其包括容器、光导、分析物、激发光源、检测器、激发和发射滤光片以及导光组件。
新颖的光学系统被固定在外壳中，并以外部连接或内部连接方式连接到设备，以进行数据输入、处理、显示、存储和通信。
该光学系统可以以廉价的移动即时医疗方式对多种疾病进行临床水平的诊断。
它可以是具有单个或一组光学结构的独立单元，也可以与其他检测系统例如移动显微镜结合使用成为定性和定量检测设备。
它也可以在某些商业仪器中实施以提高灵敏度。
此外，光学系统的尺寸可以大大减小，以形成高度集成的芯片实验室解决方案。
权利要求书1.一种用于检测化学和生物分析物的光学系统，其包括容器、与容器分离的光导、在容器近端和/或在容器侧面的激发光源、在容器远端的检测器、激发和发射滤光片、透镜和沿激发与发射光路的其他光学组件。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述光源是水银或氙弧灯、激光、LED和OLED 等，所述光源以单个光源或多个光源形式存在。
3.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述光导和容器：由玻璃、石英、其他无机材料、聚合材料、金属或它们的组合材料制成；并且是透明的、或部分不透明的、或部分被不透明材料覆盖；并且是圆柱形、矩形或其他形状；并且是实心的或空心的，或者全部或部分是其他结构。
4.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述分析物：是容器与光导之间和/或在容器和光导表面上的吸收性或发射性材料；并且是自吸收性的或发射性的，或者是有吸收性或发射性材料标记物的。
5.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述滤光片：是吸收滤光片、干涉滤光片或衍射滤光片、或它们的组合；并且是单个、数列或以多种形式存在。
6.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述检测器是光电二极管、CMOS、CCD、PMT 等。
7.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述光学系统包括分立的、部分集成的或高度集成的光学组件，所述光学组件是单个、数列或以多种形式存在。
8.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述光学系统：通过连接器或无线通信被外部连接至设备，例如(移动)电话、平板电脑、计算机等，用于数据输入、处理、显示、存储和通信；或者被连接至设备的内部传感器，例如(移动)电话摄像头、环境光传感器(ALS)、接近传感器等。
9.根据权利要求8所述的光学系统，其中，所述光学系统用作基本的低成本移动式即时医疗设备，用于定量检测极低浓度的化学和生物分析物，或者，如果同时需要进行快速的视觉成像和定量检测分析物浓度，所述光学系统被用于与其他检测系统例如移动显微镜结合成为检测装置。
10.根据权利要求9所述的光学系统，其中，所述移动显微镜是连接至所述装置的通用结构的独立单元，或者被连接至设备的内部传感器，所述设备例如是移动电话摄像头等。
11.根据权利要求9所述的光学系统，其中，所述检测装置被固定在机械外壳内，与环境干扰隔离，并被保护免受机械撞击。
12.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述光学系统被用于现有的仪器的改进，例如ELISA板读取器，通过将多个光导加至多孔板以进一步提高检测灵敏度。
13.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述光学系统被用于基于微流体的检测仪器的改进，例如GenXpert，通过在流体腔内增加激发和/或发射光导以进一步提高检测灵敏度。
14.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述光学系统是芯片实验室解决方案，所述光学系统：包括光源、微流体腔、分析物、光检测器、波导结构、滤光片、(光刻的)透镜和其它(微)光学组件；并且采用分立、部分集成或高度集成的形式；并且是单个、数列或以多种形式存在；并且用作各种光谱仪，例如荧光、UV-Vis和IR光谱仪等，相关的光学组件在很宽的光谱范围内可调节；被组装在硅、玻璃、陶瓷、金属、聚合物等的基材上。
15.一种用于检测化学和生物分析物的装置，其包括：光学系统，其包括光源、容器、光导、分析物、滤光片、检测器和导光组件；以及外壳，所述光学系统被固定于外壳；以及具有数据输入、处理、显示、存储、通讯功能的设备。
16.根据权利要求15所述的检测装置，其中，所述外壳：由金属、合金、陶瓷、聚合材料、它们的组合等制成；并且根据应用需要，是刚性、半刚性或柔性的；并且被构造为阻止发射光源的干扰从而避免其到达检测器、控制光源的位置和曝光区域、并方便于插入和取出测试容器和光导；是不透明的，使所述光学系统与环境干扰隔离；或者是半透明的或透明的，尤其是在芯片实验室解决方案中，所述光学系统被不透明涂层完全覆盖。
17.根据权利要求15所述的检测装置，其中，所述设备：是移动或固定电话、平板电脑、计算机、以及其他广泛使用的设备；并且通过连接器或无线通信与所述光学系统外部连接；或者通过其内部传感器被直接连接至所述光学系统，例如摄像头、摄像机、环境光传感器(ALS)、接近传感器等。
18.根据权利要求15所述的检测装置，其中，所述检测装置是单个、数列或以多种形式存在。
技术说明书高灵敏度光学检测系统技术领域本申请涉及用于化学和生物分析物检测的光学系统，更具体而言，涉及用于即时医疗(POC)应用的移动光学检测系统，尽管使用小且低成本的光学组件，它却能从微量和超低浓度的样品获得高灵敏度测试结果。
背景技术近年来，即时医疗(POC)检测稳步增长，这主要是由于它在发达国家向患者家庭提供了成本更低廉的预防性护理，以及在发展中国家对传染病提供了更有效的防治。
然而，时至今日，主要的成功还只有葡萄糖生物传感器、心脏标志物的侧流试纸条、和妊娠测试。
POC技术的广泛普及受到小型手持设备的测试能力以及台式设备的高昂成本的限制，台式设备本质上是减小了尺寸和复杂性的实验室仪器。
广泛采用POC的关键仍然是如何将复杂的疾病检测能力以及显微镜和光谱仪的灵敏度从实验室转移至具有低成本组件的小型移动设备，并且性能不受影响。
全球移动电话的使用的日益增长以及移动技术的迅猛发展燃起了人们的希望，并引发了近年来用于医疗诊断的移动设备的空前研究。
POC设备可以通过利用外部传感器和内部传感器的优势以及通信、计算、显示和数据存储的普遍存在的易获取性来降低成本。
然而，仅针对大众消费者应用而选择的各种内部传感器在提供增进检测灵敏度方面尚未获得商业成功。
荧光标记被广泛应用于生化分析和疾病诊断。
荧光检测的标准设备是荧光计、荧光光谱仪以及用于高通量生物测定中检测物质存在的酶联免疫吸附测定(ELISA)板读取器。
在上述仪器中，液体溶液中荧光的激发和发射在到达检测器之前都大大地被衰减了。
结果导致光收集效率降低，通常需要使用高功率并且昂贵的光电倍增管(PMT)来放大微弱的信号。
各种提高灵敏度的方法已经被探索，包括扩增诊断目标物，例如培养或聚合酶链反应(PCR)、使用高选择性和高光强分子标记探针、使用高灵敏度光学检测系统等。
本技术着重于提高光学检测系统的灵敏度。
技术内容本技术提供一种高灵敏度光学检测系统的设计原理，该光学检测系统包括容器、内部的光导、位于容器近端的激发光源、和/或位于容器侧面的垂直激发光源、位于容器远端的检测器、激发和发射滤光片、以及其它导光的光学组件。
该光学系统可以被用于检测容器与光导之间和/或在容器和光导的表面上的发射或吸收材料。
该光学系统即使使用低成本且小尺寸的组件，也可以实现大信号和高信噪比(S/N)的定量分析。
高灵敏度来自于材料的有效光激发、由光导和/或容器侧壁引导至检测器的高效发射、以及光源与检测器之间的干扰隔离。
这种新颖的光学系统及其变体能够以廉价的移动即时医疗(POC)方式实现临床水平的诊断，这可能是促进POC被广泛接受用于更多疾病检测的关键。
在优选实例中，光学系统在发射和检测光路中具有一个末端LED和两个侧面LED、一个玻璃光导和容器、一个荧光分析物溶液、一对滤光片、一个光电二极管检测器和多个透镜。
光学系统被固定在不透明的机械结构中，该机械结构消除环境光的干扰，并防止来自于激发光源的光泄漏，仅允许光沿着设定的光路通过。
光学系统外部连接至电话、平板电脑或计算机等，用于数据输入、处理、显示、存储和通信。
该光学系统可以产生检测信号和灵敏度，类似于商业荧光计和酶联免疫吸附测定(ELISA)板读取器。
在一个实例中，该光学系统除了是具有单个或数列上述光学结构的独立单元以外，还可以与其他检测系统例如移动显微镜组合起来，形成一个定性且定量的检测装置。
例如，另一个实例及其变体可以被用于诸如ELISA板读取器等现有分析仪器中。
附有重复光导的固定装置可以被插入至ELISA板的板孔内，以获得更高的灵敏度。
例如，另一个实例及其变体可以被并入诸如GenXpert的现有微流体设备中，通过插入激发光导和/或发射光导以进一步提高检测灵敏度。
例如，另一个实例及其变体，可以被用于芯片实验室解决方案，该芯片实验室解决方案包括高度集成的光源、微流体腔室、分析物、光检测器、波导结构、滤光片、光刻的透镜和其它微光学组件。
当相关的光学组件在很宽的光谱范围内可调时，该设备可以用作各种光谱仪，例如荧光、UV-Vis和IR光谱仪等。
对于本领域技术人员而言，虽然公开了多个实例，从以下具体实施方式中，本技术的其他实例仍然变得显而易见。
可以意识到，在不脱离实例的精神和范围的情况下，实例是能够在各个方面进行修饰的。
因此，附图和具体实施方式本质上应被认为是说明性的而不是限制性的。
附图说明结合以下附图进一步详细阐述本技术。
这些附图并非旨在限制本技术的范围，而是展示本技术的某些属性。
图1示出优选实例的一种具有代表性的高灵敏度光学检测系统和相关光学组件的2D视图。
图2示出优选实例的一种固定在机械外壳中并连接至移动电话上的具有代表性的高灵敏度光学检测系统的2D视图。
图3是一种具有代表性的移动装置的2D视图，该移动装置包括图1中的光学系统以及连接到电话摄像头的显微镜。
图4是一种具有代表性的ELISA板的2D视图，该ELISA板具有光导和侧光源，从而具有更好的信号灵敏度。
图5是一种具有代表性的固定装置的2D视图，该固定装置具有光导和端部结构，可以固定于ELISA板。
图6是GenXpert中的微流体芯片的一种改进设计的2D视图，其在流体腔室中增加了发射光导以提高检测灵敏度。
图7是图6中GenXpert微流体腔室内部的发射光导的横截面的2D视图。
连接在微流体腔室底壁的光导附件的底部可以是连续的，或者具有多个小柱以减少穿过底壁的光泄漏。
图8是GenXpert微流体芯片另一改进设计的2D视图，其在流体腔室中增加了激发和发射光导以进一步提高检测灵敏度。
图9示出一种具有代表性的芯片实验室解决方案的2D视图，该芯片实验室解决方案包括集成的光源、微流体腔室、分析物、光检测器、波导结构、滤光片、光刻的透镜和其它微光学组件。