[發(fā)明專利]基于微機(jī)電系統(tǒng)光譜分析的便攜式拉曼光譜儀

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310132023.3
• 申請(qǐng)日: 2013-04-16
• 公開（公告）號(hào): CN103196889A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許春;殷海瑋;章煒毅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 許春;殷海瑋;章煒毅
• 主分類號(hào): G01N21/65
• 分類號(hào): G01N21/65;G01J3/44
• 代理公司: 上海東亞專利商標(biāo)代理有限公司 31208
• 代理人: 董梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光譜分析儀器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）光譜分析的便攜式拉曼光譜儀。基于光譜分析技術(shù)的便攜式拉曼光譜儀。

背景技術(shù)

拉曼光譜檢測技術(shù)是使用激光得到物質(zhì)分子層面的光譜信息，通過數(shù)據(jù)庫對(duì)比分析待測物質(zhì)的成分和濃度的技術(shù)，在無損物性分析及鑒別上具有強(qiáng)大的能力。由于其快速、準(zhǔn)確的檢測性能和無需樣品制備、適于現(xiàn)場使用的特點(diǎn)，該技術(shù)目前已被廣泛應(yīng)用于食品安全、藥品檢驗(yàn)、毒品偵測、司法鑒定、珠寶鑒定和環(huán)境檢測等領(lǐng)域。2009年2月，中國檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院宣布，該院采用拉曼光譜技術(shù)，能定量檢測出液態(tài)奶中高于0.5ppm三聚氰胺，準(zhǔn)確率達(dá)100%，每個(gè)樣品檢測僅需半分鐘。隨著應(yīng)用需求的提高，便攜式拉曼光譜儀越來越為人們重視。便攜式拉曼光譜儀將拉曼技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室推向現(xiàn)場實(shí)地應(yīng)用。它無需樣品制備，能夠輕松方便的在現(xiàn)場實(shí)時(shí)進(jìn)行物料鑒定，大大節(jié)省了檢測成本。國外廠家如Thermo，Ocean?Optics,?B&W?TEK等已推出了多款便攜式拉曼光譜產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用于藥廠的原料檢測等方面。但這些產(chǎn)品的價(jià)格一般在30萬元以上，目前在國內(nèi)市場上還難以推廣。

拉曼光譜儀是對(duì)樣品在激光照射下產(chǎn)生的拉曼散射光進(jìn)行檢測，拉曼信號(hào)的強(qiáng)度一般為激發(fā)光的10^-6左右，屬于微弱信號(hào)探測，這就對(duì)光譜儀的性能提出很高的要求。目前的便攜式拉曼光譜儀中一般使用的是制冷型面陣背照式的CCD（電荷耦合器件）來檢測樣品發(fā)出的拉曼散射光，以得到高信噪比的拉曼能譜。但這種制冷型面陣式的CCD探測器的成本較高，約占整臺(tái)拉曼光譜儀的成本的60%，這也是目前便攜式拉曼光譜儀價(jià)格居高不下的原因。另一方面，目前的拉曼光譜儀大多采用了入射狹縫。拉曼散射光在進(jìn)入光譜檢測系統(tǒng)時(shí)，大部分光被狹縫阻擋，只有小部分光能通過狹縫進(jìn)入檢測光路。入射狹縫的存在大大降低的有效光通量，對(duì)拉曼散射光這種本就是微弱信號(hào)的檢測尤為不利，增大了拉曼信號(hào)檢測難度。

微機(jī)電系統(tǒng)（Micro-Electro-MechanicalSystems，簡稱MEMS）技術(shù)是多種微細(xì)加工技術(shù)和現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是近年來得到迅速發(fā)展和應(yīng)用的一個(gè)領(lǐng)域，其大批量、低成本、小尺寸，低功耗，高靈敏的特點(diǎn)使得MEMS技術(shù)被廣泛多種便攜電子設(shè)備中，也是目前光譜儀微型化的發(fā)展方向。南京英特神斯的何野等人提出一種基于MEMS技術(shù)的微型光譜儀（專利公開號(hào)?CN101021437A），光由光纖連接器、入射狹縫進(jìn)入光譜儀后，經(jīng)掃描微鏡反射、光柵分光后，特定波長的光經(jīng)聚焦反射鏡聚焦后通過狹縫進(jìn)入探測器中。重慶大學(xué)的溫志渝等人提出基于MEMS技術(shù)的食品安全檢測儀（專利公開號(hào)?CN101275908A）,光源發(fā)出的光經(jīng)樣品池后，通過入射狹縫進(jìn)入檢測光路。光通過色散元件分光照射至可編程空間光調(diào)制器，被調(diào)制器調(diào)制后的光經(jīng)過成像透鏡進(jìn)入單點(diǎn)探測器。這些基于MEMS技術(shù)的光譜儀的檢測光路中仍使用了入射狹縫，降低光通量和靈敏度，難以用于拉曼光譜這樣的微弱信號(hào)檢測。

針對(duì)這些問題，我們提出一種基于MEMS光譜分析技術(shù)的便攜式拉曼光譜儀，其光譜檢測系統(tǒng)中使用了兩塊DMD（數(shù)字微鏡）的MEMS器件：在入射光路采用了DMD替代傳統(tǒng)光譜儀的入射狹縫，在保持拉曼光譜檢測分辨率的同時(shí)提高了檢測靈敏度；在出射光路采用DMD作為波長選擇器件，可以使用單點(diǎn)探測器取代制冷型面陣式的CCD探測器，大大降低了產(chǎn)品成本，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于微機(jī)電系統(tǒng)光譜分析的便攜式拉曼光譜儀，通過在光譜檢測系統(tǒng)中使用兩塊數(shù)字微鏡元件（DMD），提高拉曼檢測靈敏度，并使用單點(diǎn)探測器，以降低產(chǎn)品成本。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供下述技術(shù)解決方案為：一種基于微機(jī)電系統(tǒng)光譜分析的便攜式拉曼光譜儀，基于微機(jī)電系統(tǒng)，包括：一個(gè)激光光源，一個(gè)拉曼探頭和一個(gè)光譜儀的光譜檢測系統(tǒng)，由激光器發(fā)出的激光束通過拉曼探頭照射在樣品上，激發(fā)出樣品的拉曼散射光，拉曼探頭收集部分拉曼散射光并傳輸?shù)焦庾V檢測系統(tǒng)，其中：

所述的激光光源包括一個(gè)半導(dǎo)體激光器，產(chǎn)生不小于200毫瓦的功率和線寬不大于0.2納米的窄線寬的激光；

所述的拉曼探頭包含輸出激光光路和收集拉曼散射光光路這兩條光路，其中收集拉曼散射光的光路不包含過濾瑞利散射光的濾光片；