拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置及拉曼檢測儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置，其特征在于，包括：提供入射激光的光源；微球陣列；位于微球陣列上方的物鏡；位于物鏡上方的二向色鏡；以及用于固定微球陣列的透明基板。其中，微球陣列設(shè)置在物鏡的焦平面上。微球陣列包括按陣列方式水平排布的若干個微球，每個微球固定在透明基板上。待檢測的樣品在下方貼近微球陣列，每個微球?qū)⑼渡涞狡渖系娜肷浼す庠俅螘墼跇悠飞希纬晒恻c陣列。本實用新型的拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置既能擴大待測樣品表面激發(fā)拉曼散射的區(qū)域，又能增強拉曼散射光接收。
【專利說明】拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置及拉曼檢測儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置及拉曼檢測儀，屬于光學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]拉曼效應(yīng)，也稱拉曼散射，光子的非彈性散射現(xiàn)象，1928年由印度物理學(xué)家錢德拉塞卡拉?拉曼發(fā)現(xiàn)，指光波在被散射后頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。當光線從一個原子或分子散射出來時，絕大多數(shù)的光子，都是彈性散射的，這稱為瑞利散射。在瑞利散射下，散射出來的光子，跟射入時的光子，它的能量、頻率與波長是相同的。然而，有一小部份散射的光子，大約是一千萬個光子中會出現(xiàn)一個，散射后的頻率會產(chǎn)生變化，通常是低于射入時的光子頻率，原因是入射光子和介質(zhì)分子之間發(fā)生能量交換。這即是拉曼散射。
[0003]由于拉曼散射十分微弱，如何增強拉曼散射光的采集是拉曼散射研究及應(yīng)用的基礎(chǔ)。首先由于拉曼散射光是朝各個方向散射的，所以接收拉曼散射光的物鏡數(shù)值孔徑越大，接收的拉曼散射光越多。但如果物鏡數(shù)值孔徑過大，激光透過物鏡在待測樣品表面形成的光斑會過小，即待測樣品表面激發(fā)拉曼散射的區(qū)域面積過小，如果待測樣品中物質(zhì)的濃度分布不均勻，在這個過小的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的拉曼散射光無法準確反映待測樣品中物質(zhì)整體的濃度，也會給基于拉曼光譜分析帶來更多的誤判。
[0004]在手持式拉曼光譜分析儀中接收拉曼散射光的物鏡數(shù)值孔徑比較小，這樣激光透過物鏡可以在待測物表面形成一個較大的光斑，但收集的拉曼散射光卻很少。在臺式拉曼光譜分析儀中接收拉曼散射光的物鏡數(shù)值孔徑比較大，可以收集較多的拉曼散射光，但激光透過物鏡可以在待測物表面形成的光斑卻較小，得到的拉曼散射光無法準確測得待測樣品中物質(zhì)的整體濃度。既要擴大待測樣品表面激發(fā)拉曼散射的區(qū)域，又要增強拉曼散射光的接收，這是設(shè)計拉曼散射光發(fā)生與采集裝置的難題。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種既能擴大待測樣品表面激發(fā)拉曼散射的區(qū)域，又能增強拉曼散射光接收的拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置及拉曼檢測儀。
[0006]本實用新型為了實現(xiàn)上述目的，采用了以下結(jié)構(gòu)。
[0007]本實用新型提供一種拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置，其特征在于，包括:提供入射激光的光源；微球陣列；位于微球陣列上方的物鏡；位于物鏡上方的二向色鏡；以及用于固定微球陣列的透明基板。
[0008]其中，微球陣列設(shè)置在物鏡的焦平面上。微球陣列包括按陣列方式水平排布的若干個微球，每個微球固定在透明基板上。待檢測的樣品在下方貼近微球陣列，每個微球?qū)⑼渡涞狡渖系娜肷浼す庠俅螘墼跇悠飞?，形成光點陣列。
[0009]另外，在本實用新型的拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置中，還可以具有這樣的特征:其中，基板固定在微球陣列的上方或下方。
[0010]另外，在本實用新型的拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置中，還可以具有這樣的特征:其中，微球單層排布。
[0011]另外，在本實用新型的拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置中，還可以具有這樣的特征:其中，微球的直徑范圍為200納米至10微米。
[0012]另外，在本實用新型的拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置中，還可以具有這樣的特征:其中，二向色鏡水平傾斜45°放置。
[0013]另外，在本實用新型的拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置中，還可以具有這樣的特征，還包括:位于二向色鏡上方用于接收拉曼散射光的探測器。
[0014]另外，在本實用新型的拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置中，還可以具有這樣的特征，還包括:位于二向色鏡和探測器之間用于會聚拉曼散射光到探測器上的透鏡。
[0015]本實用新型還提供一種拉曼檢測儀，其特征在于，包括:用于激發(fā)并收集樣品中拉曼散射光的拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置，拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置為上述的拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置；以及與拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置連接的光譜分析儀，用于測量拉曼散射光中不同波長光的相對強度以獲得拉曼光譜。
[0016]實用新型作用與效果
[0017]根據(jù)本實用新型的拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置，由于在物鏡的下方設(shè)置了包括若干個微球的微球陣列，因此入射激光經(jīng)物鏡會聚后形成比較大的一個光斑，光斑范圍內(nèi)的微球又將激光會聚到樣品上，形成面積更小但能量更集中的光點，從而能夠在較大的光斑范圍內(nèi)激發(fā)拉曼散射光，擴大了待測樣品表面激發(fā)拉曼散射的區(qū)域，由于微球整齊均勻的排列，在這個區(qū)域內(nèi)激發(fā)拉曼散射的位置也是均勻分布的，因此，所得到的拉曼散射光可以準確代表待測樣品中物質(zhì)的濃度；而且由于微球的數(shù)值孔徑較大，能夠接收更多的拉曼散射光，因此能夠增強了拉曼散射光的接收。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型的拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置在實施例中的結(jié)構(gòu)示意圖；以及
[0019]圖2為本實用新型的微球陣列的分布示意圖。

【具體實施方式】
[0020]以下參照附圖對本實用新型所涉及的拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置及拉曼檢測儀做詳細闡述。
[0021]〈實施例1>
[0022]拉曼檢測儀包括拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置和光譜分析儀。拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置用于激發(fā)并收集樣品中的拉曼散射光。光譜分析儀用于測量拉曼散射光中不同波長光的相對強度以獲得拉曼光譜。
[0023]圖1為本實用新型的拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置在實施例中的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]如圖1所示，拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置10包括:探測器7、透鏡6、二向色鏡1、光源8、物鏡2、微球陣列3、以及透明基板4。
[0025]探測器7位于裝置的最頂端，與光譜分析儀連接。透鏡6位于探測器的下方。探測器7處于透鏡6的焦平面上。
[0026]二向色鏡I位于透鏡6的下方，且水平傾斜45°放置。光源8位于二向色鏡I的左方，能夠發(fā)射水平方向的激光束。物鏡2位于二向色鏡I的正下方。物鏡2的主光軸與經(jīng)二向色鏡I反射的激光光束中心軸重合。
[0027]微球陣列3位于物鏡2下方的焦平面上。物鏡2能夠?qū)⒔?jīng)二向色鏡I反射的激光束會聚到微球陣列3上。由于物鏡2的數(shù)值孔徑較小，將在微球陣列3上形成一個較大的光斑。
[0028]圖2為本實用新型的微球陣列的分布示意圖。
[0029]如圖1和圖2所示，微球陣列3包括水平排布的若干個微球31。若干個微球31在透明基板4上方按陣列方式單層排布。微球31的直徑均為I微米。
[0030]每個所述微球31都固定在下方的透明基板4上。待測的樣品5的上表面與透明基板4的下表面緊密接觸。每個微球31會將投射到其上的入射激光再次會聚在樣品5上，形成光點陣列。
[0031]每個微球31形成的光斑到微球下表面的距離為工作距。透明基板4非常薄，厚度小于微球31的工作距，使得微球形31成的光斑穿過透明基板4照射到樣品上，此時微球31的工作距會被透明基板4占用一部分，因此對樣品的平整度要求較高。
[0032]拉曼散射光的多點激發(fā)過程:
[0033]光源8發(fā)射出水平方向的入射激光，入射激光經(jīng)二向色鏡I反射后朝垂直方向傳播，并到達物鏡2。物鏡2將接收到的激光會聚到透明基板4上的微球陣列3上。物鏡2的數(shù)值孔徑較小，所以激光經(jīng)物鏡2會聚后在微球陣列3上形成比較大的一個光斑。
[0034]在由物鏡2生成的光斑范圍內(nèi)的每一個微球31將其上方的激光會聚在其下方的透明基板4下方，并形成面積更小但能量更集中的光點。每一個光點對應(yīng)一個微球31，所以形成的光點陣列的排列方式與微球陣列3 —致。光點投射到樣品5的上表面，并激發(fā)拉曼散射。
[0035]由于光點陣列包括均勻排布的若干個光點，因此能夠在樣品5表面實現(xiàn)拉曼散射光的多點激發(fā)；而且在光斑區(qū)域內(nèi)激發(fā)拉曼散射的位置也是均勻分布的，因此，所得到的拉曼散射光可以準確代表待測樣品中物質(zhì)的濃度。
[0036]拉曼散射光的收集過程:
[0037]入射激光依次通過二向色鏡、物鏡2、微球陣列3、以及透明基板4后，在樣品5的表面上激發(fā)出拉曼散射光。但是，只有一部分激光會激發(fā)拉曼散射，大部分激光將會反射回去。拉曼散射光和反射回來的激光透過透明基板4后，會將被微球陣列3收集。微球陣列3將收集拉曼散射光及反射回來的激光會聚在物鏡2可接收范圍內(nèi)。由于微球31數(shù)值孔徑較大，因此可收集大部分拉曼散射光。
[0038]接著，經(jīng)微球陣列3會聚后的拉曼散射光及反射回來的激光會被物鏡2再次會聚，使其成為平行光入射到二向色鏡I上。然后，二向色鏡I將波長較長的拉曼散射光透射過去，并阻擋反射回來的激光。透射出來的拉曼散射光經(jīng)透鏡6會聚到探測器7上。探測器7連接光譜分析儀，光譜分析儀接收到拉曼信號后，探測器7會將拉曼信號傳遞至拉曼光譜分析儀，能夠得到高質(zhì)量的拉曼光譜，從而很容易分析出樣品5的成分等。
[0039]實施例作用與效果
[0040]根據(jù)本實施例所涉及的拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置，由于在物鏡的下方設(shè)置了包括若干個微球的微球陣列，因此入射激光經(jīng)物鏡會聚后形成比較大的一個光斑，光斑范圍內(nèi)的微球又將激光會聚到樣品上，形成面積更小但能量更集中的光點，從而能夠在較大的光斑范圍內(nèi)激發(fā)拉曼散射光，擴大了待測樣品表面激發(fā)拉曼散射的區(qū)域，由于微球整齊均勻的排列，在這個區(qū)域內(nèi)激發(fā)拉曼散射的位置也是均勻分布的，因此，所得到的拉曼散射光可以準確代表待測樣品中物質(zhì)的濃度；而且由于微球的數(shù)值孔徑較大，能夠接收更多的拉曼散射光，因此能夠增強了拉曼散射光的接收。
[0041]〈實施例2>
[0042]本實施例2中透明基板4能設(shè)置在微球陣列3的上方，這時樣品5從下方貼近微球陣列3。其他的結(jié)構(gòu)與實施例1中保持相同。
[0043]由于樣品5可以直接與微球31接觸，那么微球31形成的光斑直接照射樣品5，使得微球31的工作距沒有被透明基板4占用。此時即使樣品5略有不平整，每個微球31下的光斑也能夠照射樣品，激發(fā)拉曼散射光，且拉曼散射光的強度不容易損失。
[0044]當然，本實用新型涉及的拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置并不僅僅限定于在以上實施例中的結(jié)構(gòu)。微球的直徑還可以為200納米至10微米范圍內(nèi)的其他數(shù)值大小，而且微球的直徑越大，工作距越大，激發(fā)出的拉曼散射光的強度越不容易損失。
【權(quán)利要求】
1.一種拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置，其特征在于，包括: 提供入射激光的光源； 微球陣列； 位于所述微球陣列上方的物鏡； 位于所述物鏡上方的二向色鏡；以及 用于固定所述微球陣列的透明基板， 其中，所述微球陣列設(shè)置在所述物鏡的焦平面上， 所述微球陣列包括按陣列方式水平排布的若干個微球，每個所述微球固定在所述透明基板上， 待檢測的樣品在下方貼近所述微球陣列，每個所述微球?qū)⑼渡涞狡渖系乃鋈肷浼す庠俅螘墼谒鰳悠飞?，形成光點陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置，其特征在于: 其中，所述基板固定在所述微球陣列的上方或下方。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置，其特征在于: 其中，所述微球單層排布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置，其特征在于: 其中，所述微球的直徑范圍為200納米至10微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置，其特征在于: 其中，所述二向色鏡水平傾斜45°放置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置，其特征在于，還包括: 位于所述二向色鏡上方用于接收拉曼散射光的探測器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置，其特征在于，還包括: 位于所述二向色鏡和所述探測器之間用于會聚拉曼散射光到所述探測器上的透鏡。
8.一種拉曼檢測儀，其特征在于，包括: 用于激發(fā)并收集樣品中拉曼散射光的拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置，所述拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置為權(quán)利要求1至權(quán)利要求7中任意一項所述的拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置；以及 與所述拉曼散射光多點激發(fā)收集裝置連接的光譜分析儀，用于測量拉曼散射光中不同波長光的相對強度以獲得拉曼光譜。
【文檔編號】G01N21/65GK204142632SQ201420526200
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月11日
【發(fā)明者】郭漢明, 瑚琦, 高鵬飛 申請人:上海鑒譜光電科技有限公司