[發明專利]一種光子計數全譜直讀拉曼光譜儀

有效

• 申請號: 201110311478.2
• 申請日: 2011-10-14
• 公開（公告）號: CN102435315A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 繆震華;劉敏敏;呂權息;朱柏方;黃濤;尹延靜;楊萍;賴勝波
• 申請（專利權）人: 深圳市世紀天源環保技術有限公司;繆震華
• 主分類號: G01J3/44
• 分類號: G01J3/44
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 陳慧珍

1.一種光子計數全譜直讀拉曼光譜儀，其特征在于：所述拉曼光譜儀主要由激光器(1)、分光系統(2)、光子計數成像探測器(3)以及信息處理及顯示(4)構成；

其中，激光器(1)用于輸出激光激發樣品產生特征拉曼光譜，并通過入射光學裝置射入分光系統(2)；

分光系統(2)，用于將包含特征拉曼光譜的入射復合光色散成光譜強度分布圖像，并通過出射光學裝置成像于光子計數成像探測器(3)的敏感面上；

光子計數成像探測器(3)，用于對光譜強度分布圖像進行位敏探測和光子計數，并以數字化的方式重構光譜強度分布圖像；

信息處理及顯示(4)，用于接收和處理光子計數成像探測器(3)輸出的數字光譜強度分布圖像，并依據數字光譜強度分布圖像中每一像元的位置和光強對樣品進行定性定量分析；

激光器(1)與樣品之間、樣品與分光系統(2)之間以及分光系統(2)與光子計數成像探測器(3)之間通過光學裝置進行光學連接；激光器(1)照射樣品的方向與觀測特征拉曼光譜的方向成一角度；光子計數成像探測器(3)與信息處理及顯示(4)之間通過信號引線進行電子學連接。

2.根據權利要求1所述的拉曼光譜儀，其特征在于：所述的激光器(1)包括但不限于單一波長輸出激光器、多波長輸出激光器、固定波長激光器以及波長可調激光器。

3.根據權利要求1或2所述的拉曼光譜儀，其特征在于：所述的特征拉曼光譜是一種光譜強度分布呈線狀或帶狀離散分布的光譜，主要由瑞利散射線和斯托克斯/反斯托克斯線對構成；特征拉曼光譜包括但不限于分子拉曼光譜、晶格拉曼光譜、傅立葉變換拉曼光譜、共振拉曼光譜、表面增強拉曼光譜以及共振表面增強拉曼光譜。

4.根據權利要求1所述的拉曼光譜儀，其特征在于：所述的分光系統(2)是一種能夠將復合光色散成單色光的色散分光裝置，包括一維和二維的色散分光裝置；相應的色散分光方法包括單一的折射率法、衍射法以及干涉法，或是上述三種方法任意組合而成的交叉色散法。

5.根據權利要求1所述的拉曼光譜儀，其特征在于：所述的光子計數成像探測器(3)主要由光學輸入窗、光陰極、微通道板(MCP/Microchannel?Plate)、位敏陽極、電子讀出電路以及直流高壓電源構成；

其中，光陰極能夠鍍在光學輸入窗的內側壁上以構成透射式光陰極，或是鍍在第一塊MCP輸入端的內側壁上以構成反射式光陰極；

光學輸入窗與MCP輸入端之間和MCP輸出端與位敏陽極之間設有間距；

位敏陽極鍍在絕緣襯底上，與電子讀出電路之間通過信號引線進行電子學連接；

直流高壓電源通過高壓引線或導電電極分別與光陰極、MCP輸入端、MCP輸出端以及位敏陽極進行電連接，為偏置加速電場和MCP提供工作電壓。

6.根據權利要求1或5所述的拉曼光譜儀，其特征在于：所述的光子計數成像探測器(3)能夠在MCP輸出端與位敏陽極之間加設一半導體層，MCP輸出端與半導體層之間設有間距，半導體層鍍在絕緣襯底上，直流高壓電源通過高壓引線或導電電極與半導體層進行電連接。

7.根據權利要求1所述的拉曼光譜儀，其特征在于：所述的激光器(1)與分光系統(2)之間能夠加設一套偏振控制裝置以進行偏振拉曼光譜分析，即激光器(1)與樣品之間加設起偏器對激光器(1)輸出的激光進行偏振調制；樣品與分光系統(2)之間加設檢偏器對進入分光系統(2)的特征拉曼光譜按偏振態進行篩選；檢偏器與分光系統(2)之間加設偏振擾亂器。

8.根據權利要求1所述的拉曼光譜儀，其特征在于：所述的激光器(1)與分光系統(2)之間能夠加設原位電化學拉曼池，待測液體或氣體樣品置于拉曼池中，以獲得表面增強拉曼光譜；原位電化學拉曼池主要由工作電極、輔助電極、參比電極、進出樣口、光學輸入輸出窗口以及通氣裝置構成；電極表面進行了粗化處理，電極電位或電極電流受調制。

9.根據權利要求1所述的拉曼光譜儀，其特征在于：所述的激光器(1)與樣品之間、樣品與分光系統(2)之間、分光系統(2)與光子計數成像探測器(3)之間以及分光系統(2)內能夠加設相應的光學裝置，以實現光學準直、聚焦、變向、分光、減光、濾光、消除雜散光以及光闌限光。

10.根據權利要求1所述的拉曼光譜儀，其特征在于：所述的拉曼光譜儀能夠加設相應的波長掃描機構移動分光系統(2)的色散分光元件或是移動光子計數成像探測器(3)，從而按照預設的波長跨度以分段或分區域的方式讀取分光系統(2)輸出的光譜強度分布圖像。