一種全光纖拉曼光譜儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種拉曼光譜儀，尤其是涉及一種微型化的全光纖光路拉曼光譜儀。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)研宄和大眾市場對物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場、快速、精確檢測需求的不斷高漲，便攜化的拉曼光譜儀不斷受到各研宄機構(gòu)的青睞。近年來已有不少便攜式甚至微型化的拉曼光譜儀產(chǎn)品推出市場，但幾乎都是進口產(chǎn)品，價格昂貴。此外，由于多數(shù)便攜式或微型拉曼光譜儀仍然是基于傳統(tǒng)的色散型光柵單色儀設(shè)計而成，只不過是將樣品探測的光學(xué)系統(tǒng)改進為拉曼光纖探頭，實現(xiàn)了初步的便攜化。因此光纖和空間光路間的相互耦合存在著較大的光能量損耗，同時光柵單色儀和瑞利濾波系統(tǒng)受限于空間限制，難以實現(xiàn)高分辨率的光譜掃描以及高信噪比、靈敏度的光譜探測。特別是微型拉曼光譜儀，其靈敏度和分辨率更是無法和大型拉曼光譜儀相媲美，限制了其只能用于定性識別而不能進行定量檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本申請的發(fā)明目的在于解決目前現(xiàn)有的微型拉曼光譜儀存在的上述技術(shù)問題而提供一種分辨率高、靈敏度高、掃描速度快且成本低的全光纖拉曼光譜儀。
[0004]為了完成本申請的發(fā)明目的，本申請采用以下技術(shù)方案:
[0005]本發(fā)明的全光纖拉曼光譜儀，是由帶光纖輸出的激光器、光纖可調(diào)衰減器、拉曼光纖探頭、光纖光柵濾波器和光纖F-P光譜儀組成的全光纖光路光譜儀系統(tǒng)，全光纖拉曼光譜儀的光路首先由帶光纖輸出的激光器輸出激發(fā)光到光纖可調(diào)衰減器，光纖可調(diào)衰減器根據(jù)樣品的種類和特點調(diào)節(jié)輸出光功率，然后經(jīng)過拉曼光纖探頭入射到樣品，激發(fā)的拉曼散射光經(jīng)拉曼光纖探頭收集返回光纖系統(tǒng)，然后經(jīng)過光纖光柵濾波器濾除瑞利散射光后進入光纖F-P光譜儀進行光譜分辨。
[0006]本發(fā)明所述拉曼光纖探頭輸入的激發(fā)光與收集的散射光分別走不同的光纖，這種情況下激發(fā)光從光纖可調(diào)衰減器直接輸出到拉曼光纖探頭的一個端口，散射光經(jīng)另外一個端口返回至光纖光柵濾波器；或者所述拉曼光纖探頭輸入的激發(fā)光與收集的散射光走同一條光纖，這種情況下激發(fā)光要經(jīng)過光纖可調(diào)衰減器輸出端的光纖環(huán)形器，然后輸出到拉曼光纖探頭，散射光經(jīng)同一光纖返回至光纖環(huán)形器的反射端口輸入至光纖光柵濾波器。
[0007]本發(fā)明所述帶光纖輸出的激光器可以是光纖激光器，也可以是通過光纖耦合輸出的激光器，所述激光器的波長包含從紫外到近紅外波段。
[0008]本發(fā)明所述光纖可調(diào)衰減器是包括空氣隔離技術(shù)、位移錯位技術(shù)或固態(tài)光衰減技術(shù)在內(nèi)的法蘭式、在線式或陰陽式的光纖衰減器。
[0009]本發(fā)明所述拉曼光纖探頭可以是激發(fā)光與拉曼散射光共光纖光路時的反射式光纖探頭，也可以是激發(fā)光與拉曼散射光不共光纖光路時的透射式光纖探頭。
[0010]本發(fā)明所述光纖光柵濾波器是經(jīng)過切趾的布拉格光纖光柵，布拉格反射峰波長與所述激發(fā)光波長相同。
[0011]本發(fā)明所述光纖F-P光譜儀是基于光纖F-P可調(diào)濾波器掃描的光纖光譜儀。
[0012]本發(fā)明的全光纖拉曼光譜儀與現(xiàn)有技術(shù)相比區(qū)別在于:本發(fā)明的全光纖拉曼光譜儀是全光纖光路的拉曼光譜儀，從激光器到最終的探測器全部走光纖，減小了從空間光到光纖再到空間光相互耦合過程中的光損耗，并利用光纖柔軟、可以盤繞的特性，大大縮小拉曼光譜儀的體積。本發(fā)明采用了光纖F-P光譜儀和光纖光柵窄帶濾波技術(shù)，不僅能進一步提高光譜分辨率、信噪比和掃描速度，同時還能實現(xiàn)低至十幾個波束的拉曼散射光譜的掃描分辨。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的實施例一的全光纖拉曼光譜儀結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是本發(fā)明的實施例二的全光纖拉曼光譜儀結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖3是本發(fā)明的實施例三的全光纖拉曼光譜儀結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0016]實施例一:
[0017]如圖1所示，本實施例的全光纖拉曼光譜儀是采用透射式拉曼光纖探頭3的全光纖光路系統(tǒng)，包括帶光纖輸出的激光器1、光纖可調(diào)衰減器2、拉曼光纖探頭3、光纖光柵濾波器4和光纖F-P光譜儀5，帶光纖輸出的激光器I可以是光纖激光器，也可以是通過光纖耦合輸出的激光器，帶光纖輸出的激光器I的波長包含從紫外到近紅外波段，本實施例的帶光纖輸出的激光器I優(yōu)選為光纖激光器，光纖激光器I與光纖可調(diào)衰減器2通過法蘭或光纖熔接連接，光纖可調(diào)衰減器2是包括空氣隔離技術(shù)、位移錯位技術(shù)或固態(tài)光衰減技術(shù)在內(nèi)的法蘭式、在線式或陰陽式的光纖衰減器，光纖光柵濾波器4是經(jīng)過切趾的布拉格光纖光柵，布拉格反射峰波長與激發(fā)光波長相同，波長范圍不限。
[0018]本實施例中的拉曼光纖探頭3輸入的激發(fā)光與收集的散射光分別走不同的光纖，分別為第一光纖6和第二光纖7，第一光纖6用于發(fā)射激發(fā)光，第二光纖7用于接收拉曼光譜信號，光纖可調(diào)衰減器2與拉曼光纖探頭3輸入端的第一光纖6通過法蘭連接，光纖光柵濾波器4與拉曼光纖探頭3輸出端的第二光纖7通過法蘭連接，光纖光柵濾波器4的透射端光纖通過法蘭或光纖熔接與光纖F-P光譜儀5連接。通過拉曼光纖探頭3收集到的散射光通過光纖光柵濾波器4的光纖光柵透射譜的帶阻濾波作用，將與激發(fā)光波長相同的瑞利散射光部分濾除后，進入光纖F-P光譜儀5進行光譜識別。
[0019]本實施例中的光纖F-P光譜儀5采用光纖F-P可調(diào)濾波的方法進行光譜的波長掃描，光纖F-P光譜儀5的F-P可調(diào)濾波器的諧振腔用壓電陶瓷通過調(diào)節(jié)電壓實現(xiàn)控制，電壓掃描一個周期的速度可以到達kHz，這將大大減少樣品8分析的時間。光纖F-P光譜儀5配有F-P標準具，不僅能夠讀出光譜形狀，還能測量出絕對波長。經(jīng)過光纖F-P光譜儀5掃描得到的拉曼光譜信號輸出至光電倍增管(圖中未示出)，光電倍增管具有超高靈敏度、低噪聲、快速響應(yīng)等特點，非常適合微弱信號的探測，光電倍增管將光信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出，然后進行后續(xù)的模電轉(zhuǎn)換，即可實現(xiàn)整機的拉曼光譜掃描分析功能。
[0020]實施例二:
[0021]如圖2所示，本實施例的全光纖拉曼光譜儀與實施例一結(jié)構(gòu)基本相同，區(qū)別在于:本實施例的全光纖拉曼光譜儀是采用反射式拉曼光纖探頭3的全光纖光路系統(tǒng)，拉曼光纖探頭輸入的激發(fā)光與收集的散射光走同一條光纖，具體地，全光纖拉曼光譜儀包括帶光纖輸出的激光器1、光纖可調(diào)衰減器2、光纖環(huán)形器9、拉曼光纖探頭3、光纖光柵濾波器4和光纖F-P光譜儀5。光纖可調(diào)衰減器2輸出端光纖通過法蘭或光纖熔接與光纖環(huán)形器9的第一端口 91連接，光纖環(huán)形器9的第二端口 92與拉曼光纖探頭3通過光纖法蘭接口連接，本實施例中拉曼光纖探頭3只連接有一條光纖，其發(fā)射和接收都經(jīng)過同一光纖光路。光纖環(huán)形器9是一個單向傳輸器件，經(jīng)樣品8散射的拉曼光譜信號由拉曼光纖探頭3收集返回至第二端口 92，然后通過第三端口 93傳輸給光纖光柵濾波器4，光纖光柵濾波器4的透射端光纖通過法蘭或光纖熔接與光纖F-P光譜儀5連接。本實施例中光纖F-P光譜儀5的波長掃描方式與實施例一相同。
[0022]實施例三:
[0023]如圖3所示，本實施例目的是為了進一步提高全光纖拉曼光譜儀的掃描帶寬，本實施例的全光纖拉曼光譜儀是在實施例二上增設(shè)多只光纖F-P光譜儀5并聯(lián)掃描來擴展整機的波長掃描范圍。帶光纖輸出的激光器I優(yōu)選為通過光纖耦合輸出的激光器1，光纖F-P光譜儀5優(yōu)選為兩只并聯(lián)，激光器I輸出的激發(fā)光經(jīng)光纖衰減器2、光纖環(huán)形器9、拉曼光纖探頭3和光纖光柵濾波器4到達1X2的光開關(guān)10，光開關(guān)10將根據(jù)掃描波段范圍分別切換至兩路光纖F-P光譜儀5，這樣整機的波長掃描范圍可以擴展兩倍左右，完全能夠滿足絕大部分分子的檢測識別，同時還能保證光纖F-P光譜儀5掃描的高分辨率，這是常規(guī)便攜式拉曼譜儀很難達到的性能參數(shù)。本實施例中光纖F-P光譜儀5的波長掃描方式與實施例一相同。
[0024]以上描述是對本發(fā)明的解釋，不是對發(fā)明的限定，本發(fā)明所限定的范圍參見權(quán)利要求，在不違背本發(fā)明的精神的情況下，本發(fā)明可以作任何形式的修改。
【主權(quán)項】
1.一種全光纖拉曼光譜儀，其特征在于:是由帶光纖輸出的激光器、光纖可調(diào)衰減器、拉曼光纖探頭、光纖光柵濾波器和光纖F-P光譜儀組成的全光纖光路光譜儀系統(tǒng)，全光纖拉曼光譜儀的光路首先由帶光纖輸出的激光器輸出激發(fā)光到光纖可調(diào)衰減器，光纖可調(diào)衰減器根據(jù)樣品的種類和特點調(diào)節(jié)輸出光功率，然后經(jīng)過拉曼光纖探頭入射到樣品，激發(fā)的拉曼散射光經(jīng)拉曼光纖探頭收集返回光纖系統(tǒng)，然后經(jīng)過光纖光柵濾波器濾除瑞利散射光后進入光纖F-P光譜儀進行光譜分辨。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光纖拉曼光譜儀，其特征在于:所述拉曼光纖探頭輸入的激發(fā)光與收集的散射光分別走不同的光纖，這種情況下激發(fā)光從光纖可調(diào)衰減器直接輸出到所述拉曼光纖探頭的一個端口，散射光經(jīng)另外一個端口返回至所述光纖光柵濾波器；或者所述拉曼光纖探頭輸入的激發(fā)光與收集的散射光走同一條光纖，這種情況下激發(fā)光要經(jīng)過光纖可調(diào)衰減器輸出端的光纖環(huán)形器，然后輸出到所述拉曼光纖探頭，散射光經(jīng)同一光纖返回至光纖環(huán)形器的反射端口輸入至所述光纖光柵濾波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光纖拉曼光譜儀，其特征在于:所述帶光纖輸出的激光器可以是光纖激光器，也可以是通過光纖耦合輸出的激光器，所述激光器的波長包含從紫外到近紅外波段。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光纖拉曼光譜儀，其特征在于:所述光纖可調(diào)衰減器是包括空氣隔離技術(shù)、位移錯位技術(shù)或固態(tài)光衰減技術(shù)在內(nèi)的法蘭式、在線式或陰陽式的光纖衰減器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光纖拉曼光譜儀，其特征在于:所述拉曼光纖探頭可以是激發(fā)光與拉曼散射光共光纖光路時的反射式光纖探頭，也可以是激發(fā)光與拉曼散射光不共光纖光路時的透射式光纖探頭。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光纖拉曼光譜儀，其特征在于:所述光纖光柵濾波器是經(jīng)過切祉的布拉格光纖光柵，布拉格反射峰波長與激發(fā)光波長相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光纖拉曼光譜儀，其特征在于:所述光纖F-P光譜儀是基于光纖F-P可調(diào)濾波器掃描的光纖光譜儀。
【專利摘要】本發(fā)明的全光纖拉曼光譜儀，是由帶光纖輸出的激光器、光纖可調(diào)衰減器、拉曼光纖探頭、光纖光柵濾波器和光纖F-P光譜儀組成的全光纖光路光譜儀系統(tǒng)，全光纖拉曼光譜儀的光路首先由帶光纖輸出的激光器輸出激發(fā)光到光纖可調(diào)衰減器，光纖可調(diào)衰減器根據(jù)樣品的種類和特點調(diào)節(jié)輸出光功率，然后經(jīng)過拉曼光纖探頭入射到樣品，激發(fā)的拉曼散射光經(jīng)拉曼光纖探頭收集返回光纖系統(tǒng)，然后經(jīng)過光纖光柵濾波器濾除瑞利散射光后進入光纖F-P光譜儀進行光譜分辨。本發(fā)明的全光纖拉曼光譜儀采用了光纖F-P光譜儀和光纖光柵濾波器窄帶濾波技術(shù)，不僅能進一步提高光譜分辨率、信噪比和掃描速度，同時還能實現(xiàn)低至十幾個波束的拉曼散射光譜的掃描分辨率。
【IPC分類】G01N21-65
【公開號】CN104777146
【申請?zhí)枴緾N201510149475
【發(fā)明人】賀勝男, 武帥
【申請人】中國電子科技集團公司第三十八研究所
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年3月30日