專利名稱：一種激光誘導(dǎo)熒光光譜檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光譜檢測技術(shù)，特別是涉及一種激光誘導(dǎo)熒光光譜檢測裝置的技術(shù)。
背景技術(shù)：
當(dāng)紫外光或波長較短的可見光照射到某些物質(zhì)時，這些物質(zhì)會發(fā)射出各種顏色和不同強度的可見光，而當(dāng)光源停止照射時，這種光線隨之消失。這種在激發(fā)光的誘導(dǎo)下產(chǎn)生的光稱為熒光，能發(fā)出熒光的物質(zhì)稱為熒光物質(zhì)。由突光的發(fā)光原理可知,分子突光光譜與激發(fā)光源的波長無關(guān),只與突光物質(zhì)本身的能級結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此可以根據(jù)熒光物質(zhì)所產(chǎn)生的熒光光譜，對熒光物質(zhì)進行定性分析鑒別，熒光檢測目前已經(jīng)在生物、化學(xué)、環(huán)境等領(lǐng)域起到重要作用?，F(xiàn)有熒光光譜檢測裝置都采用氙燈、熒光探頭、單色儀的組合，其中的氙燈作為激發(fā)光光源，熒光探頭用于收集熒光物質(zhì)被激發(fā)后產(chǎn)生的熒光，單色儀用于檢測熒光光譜，進行熒光檢測時(見圖4)，熒光探頭收集的熒光先通過單色儀上的狹縫21進入單色儀，再通過一反射鏡22反射到光柵23上，經(jīng)光柵色散后通過另一反射鏡24反射到單點探測器25上，由于不同波長的光離開光柵的角度不同，控制光柵23順序轉(zhuǎn)動，即可使光柵色散后的不同波長的光順序照射到單點探測器25上，光柵23順序轉(zhuǎn)動一個周期后，即可實現(xiàn)對熒光光譜的掃描，進而獲得熒光光譜。現(xiàn)有熒光光譜檢測裝置的缺陷在于:
1)單色儀中需要配置驅(qū)動光柵轉(zhuǎn)動的驅(qū)動部件，因此其體積、功耗都較大，導(dǎo)致整個裝置的體積、功耗都過于龐大，而且獲取熒光光譜的時間周期較長，無法實現(xiàn)熒光光譜的實時采集，因而也無法分析熒光信號的一些瞬態(tài)特征，光譜重復(fù)性也較差；
2)氙燈所產(chǎn)生的光束強度低、質(zhì)量差，使得熒光物質(zhì)被激發(fā)到激發(fā)態(tài)的分子數(shù)較少，熒光物質(zhì)產(chǎn)生的熒光強度也較弱，因此現(xiàn)有熒光光譜檢測裝置的檢測靈敏度較低；
3)現(xiàn)有熒光探頭都采用從O度角方位照射熒光物質(zhì)，從45度角方位接收熒光信號，這種收集方式的熒光采集效率較低，所能收集的熒光量較少，對熒光物質(zhì)樣品的形態(tài)要求較高，熒光物質(zhì)樣品的形態(tài)不符合要求會影響熒光信號的收集，現(xiàn)有熒光探頭目前主要面向于液態(tài)熒光物質(zhì)樣品，其使用場景也主要是實驗室。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種熒光采集效率高，對熒光物質(zhì)樣品的形態(tài)要求低的激光誘導(dǎo)熒光光譜檢測裝置，本發(fā)明還要解決的技術(shù)問題是實現(xiàn)熒光光譜的實時采集、提高熒光檢測靈敏度，減少裝置整體體積、降低裝置整體功耗。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的一種激光誘導(dǎo)熒光光譜檢測裝置，包括光源、突光探頭、光柵光譜儀，其特征在于:
所述熒光探頭包括準(zhǔn)直透鏡、窄帶通濾光片、激發(fā)光反射鏡、二向色性濾光片、邊通濾光片，及兩個聚焦透鏡；
所述兩個聚焦透鏡分別為第一聚焦透鏡、第二聚焦透鏡，每個聚焦透鏡的兩側(cè)鏡面中，一側(cè)鏡面為平行側(cè)鏡面，另一側(cè)鏡面為發(fā)散側(cè)鏡面；
所述二向色性濾光片能反射波長小于410nm的光，并能透射波長大于等于410nm的
光;
所述光源與熒光探頭中的準(zhǔn)直透鏡、窄帶通濾光片、激發(fā)光反射鏡、二向色性濾光片、第一聚焦透鏡構(gòu)成一條激發(fā)光路，該激發(fā)光路的光路結(jié)構(gòu)為:以光源為出發(fā)點，再從準(zhǔn)直透鏡的發(fā)散光入射面進入并穿過準(zhǔn)直透鏡，再依次先穿過窄帶通濾光片，再經(jīng)激發(fā)光反射鏡反射后，以45度入射角到達(dá)二向色性濾光片，再經(jīng)二向色性濾光片以45度出射角反射出后，沿平行于第一聚焦透鏡光軸的方向，從第一聚焦透鏡的平行側(cè)鏡面進入第一聚焦透鏡，再穿過第一聚焦透鏡；
所述光柵光譜儀與熒光探頭中的第一聚焦透鏡、二向色性濾光片、邊通濾光片、第二聚焦透鏡構(gòu)成一條信號檢測光路，該信號檢測光路的光路結(jié)構(gòu)為:以第一聚焦透鏡為出發(fā)點，再沿平行于第一聚焦透鏡光軸的方向，依次穿過二向色性濾光片、邊通濾光片后，從第二聚焦透鏡的平行側(cè)鏡面進入第二聚焦透鏡，再穿過第二聚焦透鏡后進入光柵光譜儀。進一步的，所述光柵光譜儀包括狹縫器件、信號光反射鏡、反射式閃耀平場光柵、反射聚光鏡、圖像傳感器；
所述信號檢測光路穿過第二聚焦透鏡后，先穿過狹縫器件，再依次由信號光反射鏡反射至反射式閃耀平場光柵，由反射式閃耀平場光柵反射至反射聚光鏡，由反射聚光鏡反射至圖像傳感器。進一步的，所述窄帶通濾光片的入射角為O度，窄帶通濾光片允許透過的光波波長為400 410nm。進一步的，所述邊通濾光片的入射角為O度，邊通濾光片允許透過的光波波長為421.5 900nm。進一步的，所述光源是一能發(fā)射波長為405±lnm的紫外激光的激光發(fā)生器。本發(fā)明提供的激光誘導(dǎo)熒光光譜檢測裝置，采用了同軸光路設(shè)計的熒光探頭，利用聚焦透鏡將激發(fā)光聚焦到熒光物質(zhì)樣品上，并利用同一聚焦透鏡同時收集背向散射的熒光信號，由于采用了同軸光路設(shè)計，可以通過調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑加大熒光信號的收集，從而提高熒光收集量，具有熒光采集效率高的特點，也正因為采用了同軸光路設(shè)計，對熒光物質(zhì)樣品的形態(tài)要求也很低。另外，光柵光譜儀采用反射式閃耀平場光柵實現(xiàn)對熒光信號的色散，采用圖像傳感器來一次性捕獲全光譜波長熒光光譜，獲取熒光光譜的時間周期很短(能達(dá)到1ms)，能實現(xiàn)熒光光譜的實時采集，光譜重復(fù)性好，利用分析熒光信號的一些瞬態(tài)特征，還能減少裝置整體體積、降低裝置整體功耗，采用激光發(fā)生器發(fā)射的激光光束，具有光束強度高、光束質(zhì)量好的特點，照射到熒光物質(zhì)樣品后能增加熒光物質(zhì)被激發(fā)到激發(fā)態(tài)的分子數(shù)，從而加強熒光物質(zhì)樣品所產(chǎn)生的熒光，能提高熒光檢測靈敏度。


圖1是本發(fā)明實施例的激光誘導(dǎo)熒光光譜檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖2是本發(fā)明實施例的激光誘導(dǎo)熒光光譜檢測裝置中的熒光探頭的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明實施例的激光誘導(dǎo)熒光光譜檢測裝置中的光柵光譜儀的結(jié)構(gòu)示意 圖4是現(xiàn)有的單色儀的結(jié)構(gòu)示意 圖5是利用本發(fā)明實施例的激光誘導(dǎo)熒光光譜檢測裝置測得的酒精熒光的熒光峰曲線圖。
具體實施例方式以下結(jié)合

對本發(fā)明的實施例作進一步詳細(xì)描述，但本實施例并不用于限制本發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似結(jié)構(gòu)及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護范圍。如圖1 圖3所示，本發(fā)明實施例所提供的一種激光誘導(dǎo)熒光光譜檢測裝置，包括光源1、突光探頭3、光柵光譜儀4,其特征在于:所述光源I是一能發(fā)射波長為405±lnm的紫外激光的激光發(fā)生器；
所述熒光探頭3 (見圖2)包括準(zhǔn)直透鏡31、窄帶通濾光片32、激發(fā)光反射鏡33、二向色性濾光片34、邊通濾光片36，及兩個聚焦透鏡；
所述兩個聚焦透鏡分別為第一聚焦透鏡35、第二聚焦透鏡37，每個聚焦透鏡的兩側(cè)鏡面中，一側(cè)鏡面為平行側(cè)鏡面，另一側(cè)鏡面為發(fā)散側(cè)鏡面；
所述光柵光譜儀4 (見圖3)包括狹縫器件41、信號光反射鏡42、反射式閃耀平場光柵43、反射聚光鏡44、圖像傳感器45 ；
所述二向色性濾光片34能反射波長小于410nm的光,并能透射波長大于等于410nm的
光;
所述光源I與熒光探頭3中的準(zhǔn)直透鏡31、窄帶通濾光片32、激發(fā)光反射鏡33、二向色性濾光片34、第一聚焦透鏡35構(gòu)成一條激發(fā)光路,該激發(fā)光路的光路結(jié)構(gòu)為:以光源I為出發(fā)點，再從準(zhǔn)直透鏡31的發(fā)散光入射面進入并穿過準(zhǔn)直透鏡31，再依次先穿過窄帶通濾光片32，再經(jīng)激發(fā)光反射鏡33反射后，以45度入射角到達(dá)二向色性濾光片34，再經(jīng)二向色性濾光片34以45度出射角反射出后，沿平行于第一聚焦透鏡光軸的方向，從第一聚焦透鏡35的平行側(cè)鏡面進入第一聚焦透鏡35，再穿過第一聚焦透鏡35 ；
所述光柵光譜儀4中的各部件與熒光探頭3中的第一聚焦透鏡35、二向色性濾光片34、邊通濾光片36、第二聚焦透鏡37構(gòu)成一條信號檢測光路，該信號檢測光路的光路結(jié)構(gòu)為:以第一聚焦透鏡35為出發(fā)點，再沿平行于第一聚焦透鏡光軸的方向，依次穿過二向色性濾光片34、邊通濾光片36后，從第二聚焦透鏡37的平行側(cè)鏡面進入第二聚焦透鏡37，再穿過第二聚焦透鏡37后，再依次穿過狹縫器件41，由信號光反射鏡42反射至反射式閃耀平場光柵43，由反射式閃耀平場光柵43反射至反射聚光鏡44，由反射聚光鏡44反射至圖像傳感器45。本發(fā)明實施例中，所述窄帶通濾光片32的入射角為O度(即允許入射角為O度的光線通過)，窄帶通濾光片32允許透過的光波波長為400 410nm，窄帶通濾光片32的平均透光率大于87%。本發(fā)明實施例中，所述邊通濾光片36的入射角為O度(即允許入射角為O度的光線通過)，邊通濾光片36允許透過的光波波長為421.5 900nm,邊通濾光片36的平均透光率大于93%。本發(fā)明實施例中，所述圖像傳感器45采用的是型號為ILX511B的線陣CXD圖像傳感器，本發(fā)明其它實施例中，所述圖像傳感器也可以采用能實現(xiàn)捕獲全光譜波長熒光光譜的其它圖像傳感器。本發(fā)明實施例的工作原理如下:
光源I發(fā)射波長為405nm的激光,光源發(fā)射的激光通過光纖進入突光探頭3,激光進入熒光探頭3后，先穿過準(zhǔn)直透鏡31，由準(zhǔn)直透鏡31校準(zhǔn)為準(zhǔn)直的平行光束，再穿過窄帶通濾光片32，由窄帶通濾光片32濾除邊模及經(jīng)過光纖色散后的雜散光，再通過激發(fā)光反射鏡33反射至二向色性濾光片34，通過二向色性濾光片34將波長小于410nm的光沿平行于第一聚焦透鏡光軸的方向反射入第一聚焦透鏡35，再由第一聚焦透鏡35聚焦到熒光物質(zhì)樣品9上，從而激發(fā)熒光物質(zhì)樣品9發(fā)出熒光；
熒光物質(zhì)樣品9發(fā)出的波長大于等于410nm的熒光由第一聚焦透鏡35收集后，沿平行于第一聚焦透鏡光軸的方向，先穿過二向色性濾光片34，再穿過邊通濾光片36，由邊通濾光片36濾除殘余的激光后，穿過第二聚焦透鏡37，由第二聚焦透鏡37聚焦后，通過光纖由光柵光譜儀4上的狹縫器件41進入光柵光譜儀4，收集的熒光進入光柵光譜儀4后先通過信號光反射鏡42反射至反射式閃耀平場光柵43，熒光經(jīng)反射式閃耀平場光柵43處理后產(chǎn)生色散，色散后的光被反射式閃耀平場光柵43反射至反射聚光鏡44，再由反射聚光鏡44反射至圖像傳感器45，由圖像傳感器45捕獲后通過模電轉(zhuǎn)換，形成一個全光譜波長的熒光光譜送入光譜分析終端5。本發(fā)明實施例特別適用于量子點、水質(zhì)、珠寶等熒光物質(zhì)的熒光光譜檢測。
權(quán)利要求
1.一種激光誘導(dǎo)熒光光譜檢測裝置，包括光源、熒光探頭、光柵光譜儀，其特征在于: 所述熒光探頭包括準(zhǔn)直透鏡、窄帶通濾光片、激發(fā)光反射鏡、二向色性濾光片、邊通濾光片，及兩個聚焦透鏡； 所述兩個聚焦透鏡分別為第一聚焦透鏡、第二聚焦透鏡，每個聚焦透鏡的兩側(cè)鏡面中，一側(cè)鏡面為平行側(cè)鏡面，另一側(cè)鏡面為發(fā)散側(cè)鏡面； 所述二向色性濾光片能反射波長小于410nm的光，并能透射波長大于等于410nm的光; 所述光源與熒光探頭中的準(zhǔn)直透鏡、窄帶通濾光片、激發(fā)光反射鏡、二向色性濾光片、第一聚焦透鏡構(gòu)成一條激發(fā)光路，該激發(fā)光路的光路結(jié)構(gòu)為:以光源為出發(fā)點，再從準(zhǔn)直透鏡的發(fā)散光入射面進入并穿過準(zhǔn)直透鏡，再依次先穿過窄帶通濾光片，再經(jīng)激發(fā)光反射鏡反射后，以45度入射角到達(dá)二向色性濾光片，再經(jīng)二向色性濾光片以45度出射角反射出后，沿平行于第一聚焦透鏡光軸的方向，從第一聚焦透鏡的平行側(cè)鏡面進入第一聚焦透鏡，再穿過第一聚焦透鏡； 所述光柵光譜儀與熒光探頭中的第一聚焦透鏡、二向色性濾光片、邊通濾光片、第二聚焦透鏡構(gòu)成一條信號檢測光路，該信號檢測光路的光路結(jié)構(gòu)為:以第一聚焦透鏡為出發(fā)點，再沿平行于第一聚焦透鏡光軸的方向，依次穿過二向色性濾光片、邊通濾光片后，從第二聚焦透鏡的平行側(cè)鏡面進入第二聚焦透鏡，再穿過第二聚焦透鏡后進入光柵光譜儀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光誘導(dǎo)熒光光譜檢測裝置，其特征在于:所述光柵光譜儀包括狹縫器件、信號光反射鏡、反射式閃耀平場光柵、反射聚光鏡、圖像傳感器； 所述信號檢測光路穿過第二聚焦透鏡后，先穿過狹縫器件，再依次由信號光反射鏡反射至反射式閃耀平場光柵，由反射式閃耀平場光柵反射至反射聚光鏡，由反射聚光鏡反射至圖像傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光誘導(dǎo)熒光光譜檢測裝置，其特征在于:所述窄帶通濾光片的入射角為O度，窄帶通濾光片允許透過的光波波長為400 410nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光誘導(dǎo)熒光光譜檢測裝置，其特征在于:所述邊通濾光片的入射角為O度，邊通濾光片允許透過的光波波長為421.5 900nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光誘導(dǎo)熒光光譜檢測裝置，其特征在于:所述光源是一能發(fā)射波長為405±lnm的紫外激光的激光發(fā)生器。
全文摘要
一種激光誘導(dǎo)熒光光譜檢測裝置，涉及光譜檢測技術(shù)領(lǐng)域，所解決的是現(xiàn)有技術(shù)熒光采集效率低，對熒光物質(zhì)樣品的形態(tài)要求高的技術(shù)問題。該裝置，包括光源、熒光探頭、光柵光譜儀；所述熒光探頭包括準(zhǔn)直透鏡、窄帶通濾光片、激發(fā)光反射鏡、二向色性濾光片、邊通濾光片，及兩個聚焦透鏡；各部件構(gòu)成一條激發(fā)光路、一條信號檢測光路一條；激發(fā)光路以光源為出發(fā)點，再依次經(jīng)準(zhǔn)直透鏡、窄帶通濾光片、激發(fā)光反射鏡、二向色性濾光片，再穿過第一聚焦透鏡；信號檢測光路以第一聚焦透鏡為出發(fā)點，再依次穿過二向色性濾光片、邊通濾光片、第二聚焦透鏡，再進入光柵光譜儀。本發(fā)明提供的，特別適用于量子點、水質(zhì)、珠寶等熒光物質(zhì)的熒光光譜檢測。
文檔編號G01N21/64GK103196879SQ20131008954
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月20日
發(fā)明者于永愛, 徐程 申請人:上海如海光電科技有限公司