一種拉曼信號采集裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種拉曼信號采集裝置，可以高效的采集樣品被激發(fā)出的拉曼信號，同時具有將激光聚焦到樣品，濾除雜散光和瑞利線等干擾信號的功能，并且具有體積小、傳輸效率高等優(yōu)點。與激光器、光譜儀聯(lián)用可以組成拉曼光譜儀，采用紫外光學(xué)元件，與紫外激光器，紫外光譜儀聯(lián)用可以組成紫外拉曼光譜儀。
【專利說明】一種拉曼信號采集裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種拉曼信號采集裝置，可以高效的采集樣品被激發(fā)出的拉曼信號，同時具有將激光聚焦到樣品，濾除雜散光和瑞利線等干擾信號的功能。與激光器、光譜儀聯(lián)用可以組成拉曼光譜儀，采用紫外光學(xué)元件，與紫外激光器，紫外光譜儀聯(lián)用可以組成紫外拉曼光譜儀。

【背景技術(shù)】
[0002]拉曼光譜被稱為分子指紋譜，可以對樣品進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的分析。拉曼光譜應(yīng)用廣泛，可以應(yīng)用于檢測食品，安檢，文檢材料，礦物，環(huán)境，化學(xué)，材料，生物等領(lǐng)域。樣品種類包括固體、粉末、液體、氣體、界面、膠體等多種形態(tài)。當(dāng)前，拉曼光譜的重要性逐漸被大家認(rèn)識，其應(yīng)用也越來越廣泛。
[0003]拉曼光譜的原理是:一個光子與一個分子發(fā)生相互作用，如果分子吸收光子的能量從振動或者轉(zhuǎn)動狀態(tài)的低能級躍遷到高能級，那么根據(jù)能量守恒定律，光子損失的能量和分子的振動或者轉(zhuǎn)動的能級躍遷需要的能量相等，光子損失能量后振動頻率發(fā)生變化，通過拉曼光譜儀記錄光子頻率發(fā)生的變化規(guī)律，即為拉曼光譜。
[0004]拉曼散射現(xiàn)象發(fā)生的幾率很低，108個光子與樣品分子發(fā)生作用，最多只有一個光子能形成拉曼散射，因此拉曼信號采集裝置要具有收集拉曼信號效率高，降低其他未發(fā)生拉曼散射光子的影響，并且實現(xiàn)拉曼信號的高效率傳輸?shù)裙δ堋?br> [0005]目前市場上有三種類型的拉曼光譜儀:一種是三光柵拉曼光譜儀(專利號98113710.5),使用透鏡或者反射橢球鏡采集拉曼信號，前兩級光柵采用相加或者相減模式濾除瑞利散射等產(chǎn)生的雜散光的干擾，適用于深紫外，紫外，可見，近紅外等多種波段的激發(fā)光源，尤其在紫外區(qū)采用反射橢球鏡(專利號98113709.1)收集拉曼信號，可以提高采集效率，消除色差的影響。但是三光柵拉曼光譜儀也具有體積大，拉曼信號傳輸效率低，調(diào)試和維護(hù)困難等缺點。第二種是實驗室用的共聚焦拉曼光譜儀，采用顯微鏡采集拉曼信號，用濾光片濾除雜散光的干擾，具有體積小，采集和傳輸效率高等優(yōu)點，但是采集用的顯微鏡體積較大，成本高，且采集系統(tǒng)和濾光系統(tǒng)是獨立的結(jié)構(gòu)，使用中必須與特定廠家的光譜儀配套購買，無法根據(jù)用戶自己的需要搭建拉曼光譜儀。第三種是光纖拉曼光譜儀，采用光纖來收集拉曼信號，采用拉曼濾光片濾除雜散光，具有體積小，便于攜帶，可遠(yuǎn)程測量等優(yōu)點。但是光纖傳輸效率低，不適用于紫外波段，無法實現(xiàn)共聚焦功能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種拉曼信號采集裝置，包括二端開口的中空筒狀容器，于筒狀容器的二個開口端分別設(shè)有物鏡、聚焦透鏡，物鏡和聚焦透鏡同光軸設(shè)置，于物鏡和聚焦透鏡間的筒狀容器內(nèi)設(shè)有濾光片；于筒狀容器的側(cè)壁面上開設(shè)有通孔，作為入光孔，激發(fā)光源發(fā)出的激發(fā)光通過入光孔進(jìn)入筒狀容器內(nèi)，經(jīng)設(shè)有于筒狀容器內(nèi)的反射鏡反射至濾光片表面，再由濾光片反射至物鏡，由物鏡聚焦到待測樣品上，由待測樣品散射的拉曼信號、瑞利信號和反射的激發(fā)光均經(jīng)過物鏡收集和濾光片濾光，反射的光和散射的瑞利信號被濾除，拉曼信號透過濾光片到達(dá)聚焦透鏡聚焦。
[0007]技術(shù)方案:濾光片的幾何中心處于物鏡和聚焦透鏡的光軸；濾光片的光軸與物鏡和聚焦透鏡的光軸間的夾角小于10度；反射鏡將激發(fā)光反射到濾光片的中心，且反射鏡不在物鏡和聚焦透鏡的光軸上，不影響物鏡和濾光片之間光的傳輸；濾光片將反射鏡反射來的激發(fā)光沿物鏡的光軸反射到物鏡；于拉曼信號采集裝置上聚焦透鏡一側(cè)的外部設(shè)有光譜儀，聚焦透鏡將拉曼信號聚焦到光譜儀的入光孔中；可在濾光片和聚焦透鏡之間增加設(shè)置有第二濾光片來優(yōu)化瑞利信號和反射光的濾除效果，濾光片光軸角度與聚焦透鏡的光軸夾角小于10度。
[0008]有益效果:本發(fā)明，一種拉曼信號采集裝置，可以高效的采集樣品被激發(fā)出的拉曼信號，同時具有將激光聚焦到樣品，濾除雜散光和瑞利線等干擾信號的功能。采用背散射式采集拉曼信號，采集效率高；濾光片既具有反射鏡的作用，又有濾除雜散光的作用，減少了光學(xué)元件的使用，提高了通光效率。主要部件固定中空筒狀容器，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，方便與光譜儀進(jìn)行耦合。適用于固定激發(fā)波長的拉曼光譜測試，包括紫外，可見，近紅外波段的拉曼光譜的測試。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0010]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0011]圖2是本發(fā)明的具體應(yīng)用實例:金剛石的拉曼光譜圖。
[0012]圖中1.入光孔，2.小反射鏡，3.濾光片，4.物鏡，5.聚焦透鏡，6.裝置外殼，7.樣品。

【具體實施方式】
[0013]在圖1中，一種拉曼信號采集裝置，包括二端開口的中空筒狀容器6，于筒狀容器6的二個開口端分別設(shè)有物鏡4、聚焦透鏡5，物鏡4和聚焦透鏡5同光軸設(shè)置，于物鏡4和聚焦透鏡5間的筒狀容器內(nèi)設(shè)有濾光片3 ；
[0014]于筒狀容器6的側(cè)壁面上開設(shè)有通孔，作為入光孔1 (處于物鏡4和濾光片3之間),激發(fā)光源發(fā)出的激發(fā)光通過入光孔1進(jìn)入筒狀容器6內(nèi)，經(jīng)設(shè)有于筒狀容器6內(nèi)的反射鏡2 (處于物鏡4和濾光片3之間)反射至濾光片3表面，再由濾光片3反射至物鏡4，由物鏡4聚焦到待測樣品7上，由待測樣品7散射的拉曼信號、瑞利信號和反射的激發(fā)光均經(jīng)過物鏡4收集和濾光片3濾光，反射的光和散射的瑞利信號被濾除，拉曼信號透過濾光片3到達(dá)聚焦透鏡5聚焦。
[0015]濾光片3的幾何中心處于物鏡4和聚焦透鏡5的光軸；
[0016]濾光片3的光軸與物鏡4和聚焦透鏡5的光軸間的夾角小于10度，濾光片3反射激發(fā)光的效率大于90%，濾除干擾信號的效率大約99.99%，拉曼信號透過率大于80% ；
[0017]反射鏡2將激發(fā)光反射到濾光片3的中心，且反射鏡不在物鏡4和聚焦透鏡5的光軸上，不影響物鏡4和濾光片3之間光的傳輸。
[0018]濾光片3將反射鏡2反射來的激發(fā)光沿物鏡4的光軸反射到物鏡4，使物鏡4的使用達(dá)到共光軸效果。
[0019]于拉曼信號采集裝置上聚焦透鏡5 —側(cè)的外部(即遠(yuǎn)離中空筒狀容器5-6的一側(cè))設(shè)有光譜儀，聚焦透鏡5將拉曼信號聚焦到光譜儀的入光孔中。
[0020]可在濾光片3和聚焦透鏡5之間增加設(shè)置有第二濾光片來優(yōu)化瑞利信號和反射光的濾除效果，濾光片光軸角度與聚焦透鏡5的光軸夾角小于10度。
[0021]在圖2所示實施例中，記錄金剛石的拉曼譜，激發(fā)光源為355納米固體激光器，圖中橫坐標(biāo)為拉曼頻移，實驗條件為:激發(fā)波長，355納米固體激光器。
【權(quán)利要求】
1.一種拉曼信號采集裝置，包括二端開口的中空筒狀容器(6)，其特征在于:于筒狀容器(6)的二個開口端分別設(shè)有物鏡(4)、聚焦透鏡(5)，物鏡(4)和聚焦透鏡(5)同光軸設(shè)置，于物鏡(4)和聚焦透鏡(5)間的筒狀容器(6)內(nèi)設(shè)有濾光片(3)； 于筒狀容器(6)的側(cè)壁面上開設(shè)有通孔，作為入光孔(1 )，激發(fā)光源發(fā)出的激發(fā)光通過入光孔(1)進(jìn)入筒狀容器(6)內(nèi)，經(jīng)設(shè)有于筒狀容器(6)內(nèi)的反射鏡(2)反射至濾光片(3)表面，再由濾光片(3)反射至物鏡(4)，由物鏡(4)聚焦到待測樣品(7)上，由待測樣品(7)散射的拉曼信號、瑞利信號和反射的激發(fā)光均經(jīng)過物鏡(4)收集和濾光片(3)濾光，反射的光和散射的瑞利信號被濾除，拉曼信號透過濾光片(3)到達(dá)聚焦透鏡(5)聚焦。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉曼信號采集裝置，其特征是:濾光片(3)的幾何中心處于物鏡(4)和聚焦透鏡(5)的光軸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的拉曼信號采集裝置，其特征是:濾光片(3)的光軸與物鏡(4)和聚焦透鏡(5)的光軸間的夾角小于10度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉曼信號采集裝置，其特征是:反射鏡(2)將激光反射到濾光片(3)的中心，且反射鏡(2)不在物鏡(4)和聚焦透鏡(5)的光軸上，不影響物鏡(4)和濾光片(3)之間光的傳輸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉曼信號采集裝置，其特征是:所述的濾光片(3)將反射鏡(2)反射來的激發(fā)光沿物鏡(4)的光軸反射到物鏡(4)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉曼信號采集裝置，其特征是:于拉曼信號采集裝置上聚焦透鏡(5) —側(cè)的外部設(shè)有光譜儀，聚焦透鏡(5)將拉曼信號聚焦到光譜儀的入光孔中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉曼信號采集裝置，其特征是:可在濾光片(3)和聚焦透鏡(5)之間增加設(shè)置有第二濾光片來優(yōu)化瑞利信號和反射光的濾除效果，濾光片光軸角度與聚焦透鏡(5)的光軸夾角小于10度。
【文檔編號】G01N21/65GK104422680SQ201310392047
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月2日
【發(fā)明者】李 燦, 黃保坤, 馮兆池, 李光亞 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所