專利名稱：全息型針尖增強(qiáng)拉曼光譜儀光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及拉曼光譜儀，尤其是涉及全息型針尖增強(qiáng)拉曼光譜儀光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
不論常規(guī)拉曼光譜還是表面增強(qiáng)拉曼光譜，其空間分辨率都無法突破光學(xué)衍射極限，從而對(duì)研究的對(duì)象存在很大的局限。近年來人們發(fā)現(xiàn)，采用“針尖增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)”可以達(dá)到幾十納米到幾個(gè)納米級(jí)別的突破光學(xué)衍射極限的空間分辨率和單分子的檢測(cè)靈敏度。在常壓和空氣條件下，針尖增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)(以下稱TERS)是目前唯一可以在幾個(gè)納米到幾十個(gè)納米尺度提供樣品化學(xué)成份信息的表面和界面光學(xué)表征技術(shù)。因此，不論工業(yè)應(yīng)用，還是基礎(chǔ)科學(xué)研究都對(duì)“針尖增強(qiáng)拉曼光譜儀器”有著很大的需求，對(duì)TERS儀器的研制、開發(fā)應(yīng)用是目前拉曼光譜領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。光學(xué)系統(tǒng)是TERS的最主要也是重要的組成部分。TERS的基本工作原理為利用掃描探針顯微技術(shù)將金或銀的針尖逼近基底，在合適波長(zhǎng)和偏振的激光照射下，針尖末端由于表面等離子體共振效應(yīng)產(chǎn)生增強(qiáng)的電磁場(chǎng)，因此位于針尖下方樣品的拉曼信號(hào)得到增強(qiáng)。TERS具有高的靈敏度和空間分辨率，并能同時(shí)獲得樣品表面的形貌和化學(xué)信息。僅需采用毫瓦級(jí)的激光功率即可，因此得到廣泛的重視。目前，國(guó)際上的一些知名公司，如NTMDT, Renishaw和Nanonics都推出了商業(yè)化的TERS儀器。TERS儀器的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)化也見諸申請(qǐng)，如美國(guó)專利US2002/0154301，專利US2010/0245816 ;中國(guó)專利CN101082585A以及申請(qǐng)人已取得的中國(guó)專利201110354369. 9。以上TERS儀器的一個(gè)共同特點(diǎn)是其光學(xué)系統(tǒng)基本都是建立在共聚焦顯微技術(shù)的基礎(chǔ)上。這使得儀器操作難度大，造價(jià)高。迄今為止國(guó)際上發(fā)表的高水平的研究工作基本都是在實(shí)驗(yàn)室自行研制的儀器上獲得的，鮮有在商品化的TERS儀器得到高水平的研究成果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供全息型針尖增強(qiáng)拉曼光譜儀光學(xué)系統(tǒng)。本發(fā)明設(shè)有一個(gè)激光器，所述激光器用于激發(fā)樣品的拉曼信號(hào)，作為系統(tǒng)激發(fā)光源；一個(gè)分光棱鏡組，所述分光棱鏡組用于將激光器發(fā)出的一束激光束分為兩束平行運(yùn)行的激發(fā)光束，所述分光棱鏡組設(shè)有立方棱鏡和三角棱鏡，所述分光棱鏡組設(shè)于激光器前方；一個(gè)邊緣濾波片，所述邊緣濾波片用于反射分光棱鏡組成的兩束平行運(yùn)行的激發(fā)光束，并在拉曼收集光路上濾除反射的激發(fā)和樣品光、瑞利散射等噪音，所述邊緣濾波片設(shè)于分光棱鏡組前方，將兩束激光以45°角入射于拉曼信號(hào)采集透鏡；一個(gè)高NA值透鏡，所述高NA值透鏡用于將邊緣濾波片反射的兩束激發(fā)光束會(huì)聚于一個(gè)針尖末端聚焦點(diǎn)；一個(gè)樣品載物臺(tái)，所述樣品載物臺(tái)用于放置待測(cè)樣品；
一個(gè)拉曼信號(hào)采集透鏡，所述拉曼信號(hào)采集透鏡用于將采集的拉曼信號(hào)輸送到光譜儀和檢測(cè)器進(jìn)行分光和檢測(cè)。所述激光器可采用LD激光器或氣體激光器等。所述邊緣濾波片可采用長(zhǎng)通濾波片或陷波濾波片等。本發(fā)明具有以下突出優(yōu)點(diǎn)I、出射的激光束由棱鏡組分成兩束平行運(yùn)行的光束，兩光束經(jīng)高數(shù)值孔徑鏡頭實(shí)現(xiàn)會(huì)聚。顯然，這是一種新型全息記錄系統(tǒng)。該系統(tǒng)簡(jiǎn)單、操作方便。在實(shí)際應(yīng)用中，針對(duì)不同檢測(cè)對(duì)象可以設(shè)計(jì)正置和倒置兩種模式。2、雙光束的激發(fā)避免了針尖與光斑耦合時(shí)由于針尖支架(例如AFM針尖的懸臂梁)對(duì)激發(fā)光高斯中心的反射，極大地提高了激光的激發(fā)效率，并且降低由此反射造成的背景 噪聲，從而有效地提高拉曼光譜收集和信號(hào)處理。3、緊湊的光學(xué)系統(tǒng)有利于TERS儀器小型化和實(shí)用化。以上特點(diǎn)使本發(fā)明與專利US2002/0154301, US2010/0245816, CN101082585A 相比具有獨(dú)特的優(yōu)越和創(chuàng)新。4、本發(fā)明與目前已報(bào)道的產(chǎn)品不同，本發(fā)明采用雙光束聚焦系統(tǒng)，所以稱全息型TERS光學(xué)系統(tǒng)。相對(duì)于目前已報(bào)道的TERS儀器系統(tǒng)方便易用、可在實(shí)際生產(chǎn)、研究中得到重要的應(yīng)用。


圖I為本發(fā)明正置式光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明倒置式光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖I和2中，各標(biāo)記為1是激光器，2是立方棱鏡，3是二角棱鏡，4是邊緣濾波片，5是高NA值透鏡，6是針尖，7是樣品載物臺(tái)，8是拉曼信號(hào)采集透鏡，9是拉曼分光系統(tǒng)，10是聚焦光在針尖末端的放大圖。
具體實(shí)施例方式參見圖I和2，圖I給出本發(fā)明正置式光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2給出本發(fā)明倒置式光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明實(shí)施例設(shè)有—個(gè)激光器1，所述激光器I用于激發(fā)樣品的拉曼信號(hào)，作為系統(tǒng)激發(fā)光源；一個(gè)分光棱鏡組，所述分光棱鏡組用于將激光器發(fā)出的一束激光束分為兩束平行運(yùn)行的激發(fā)光束，所述分光棱鏡組設(shè)有立方棱鏡2和三角棱鏡3，所述分光棱鏡組設(shè)于激光器I前方；一個(gè)邊緣濾波片4，所述邊緣濾波片4用于反射分光棱鏡組成的兩束平行運(yùn)行的激發(fā)光束，并在拉曼收集光路上濾除反射的激發(fā)和樣品光、瑞利散射等噪音，所述邊緣濾波片4設(shè)于分光棱鏡組前方,將兩束激光以45°角入射于拉曼信號(hào)米集透鏡8 ；一個(gè)高NA值透鏡5，所述高NA值透鏡5用于將邊緣濾波片4反射的兩束激發(fā)光束會(huì)聚于一個(gè)針尖6末端聚焦點(diǎn)；一個(gè)樣品載物臺(tái)7，所述樣品載物臺(tái)7用于放置待測(cè)樣品；一個(gè)拉曼信號(hào)采集透鏡8，所述拉曼信號(hào)采集透鏡8用于將采集的拉曼信號(hào)輸送到拉曼分光系統(tǒng)9 (包括光譜儀和檢測(cè)器)進(jìn)行分光和檢測(cè)。所述激光器I可采用LD激光器或氣體激光器等。所述邊緣濾波片4可采用長(zhǎng)通濾波片或陷波濾波片等。在圖I中，采用正置式結(jié)構(gòu)，即待測(cè)樣品是不透明的，針尖6從兩束光束夾角中插入，光束會(huì)聚焦點(diǎn)落在針尖6末端。 在圖2中，采用倒置式結(jié)構(gòu)，即待測(cè)樣品是透明體，針尖6末端位于雙光束會(huì)聚焦點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.全息型針尖增強(qiáng)拉曼光譜儀光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于設(shè)有 一個(gè)激光器，所述激光器用于激發(fā)樣品的拉曼信號(hào)，作為系統(tǒng)激發(fā)光源； 一個(gè)分光棱鏡組，所述分光棱鏡組用于將激光器發(fā)出的一束激光束分為兩束平行運(yùn)行的激發(fā)光束，所述分光棱鏡組設(shè)有立方棱鏡和三角棱鏡，所述分光棱鏡組設(shè)于激光器前方； 一個(gè)邊緣濾波片，所述邊緣濾波片用于反射分光棱鏡組成的兩束平行運(yùn)行的激發(fā)光束，并在拉曼收集光路上濾除反射的激發(fā)和樣品光、瑞利散射等噪音，所述邊緣濾波片設(shè)于分光棱鏡組前方，將兩束激光以45°角入射于拉曼信號(hào)采集透鏡； 一個(gè)高NA值透鏡，所述高NA值透鏡用于將邊緣濾波片反射的兩束激發(fā)光束會(huì)聚于一個(gè)針尖末端聚焦點(diǎn)； 一個(gè)樣品載物臺(tái)，所述樣品載物臺(tái)用于放置待測(cè)樣品； 一個(gè)拉曼信號(hào)采集透鏡，所述拉曼信號(hào)采集透鏡用于將采集的拉曼信號(hào)輸送到光譜儀和檢測(cè)器進(jìn)行分光和檢測(cè)。
2.如權(quán)利要求I所述的全息型針尖增強(qiáng)拉曼光譜儀光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述激光器米用LD激光器或氣體激光器。
3.如權(quán)利要求I所述的全息型針尖增強(qiáng)拉曼光譜儀光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述邊緣濾波片采用長(zhǎng)通濾波片或陷波濾波片。
全文摘要
全息型針尖增強(qiáng)拉曼光譜儀光學(xué)系統(tǒng)，涉及拉曼光譜儀。設(shè)有激光器、分光棱鏡組、邊緣濾波片、高NA值透鏡、樣品載物臺(tái)和拉曼信號(hào)采集透鏡，所述分光棱鏡組用于將激光器發(fā)出的一束激光束分為兩束平行運(yùn)行的激發(fā)光束，所述分光棱鏡組設(shè)有立方棱鏡和三角棱鏡，所述邊緣濾波片設(shè)于分光棱鏡組前方，將兩束激光以45°角入射于拉曼信號(hào)采集透鏡；所述高NA值透鏡用于將邊緣濾波片反射的兩束激發(fā)光束會(huì)聚于一個(gè)針尖末端聚焦點(diǎn)；所述拉曼信號(hào)采集透鏡用于將采集的拉曼信號(hào)輸送到光譜儀和檢測(cè)器進(jìn)行分光和檢測(cè)。系統(tǒng)簡(jiǎn)單、操作方便。在實(shí)際應(yīng)用中，針對(duì)不同檢測(cè)對(duì)象可以設(shè)計(jì)正置和倒置兩種模式。
文檔編號(hào)G01N21/65GK102928397SQ201210439788
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月7日
發(fā)明者王翔, 任斌, 張向蘇, 任雪暢, 爐慶洪, 劉守 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)