[發明專利]一種基于邊帶濾光片的拉曼光譜儀

有效

• 申請號: 201610309781.1
• 申請日: 2016-05-11
• 公開（公告）號: CN105865627B
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 譚平恒
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: G01J3/44
• 分類號: G01J3/44;G01J3/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 任巖

技術領域

本發明涉及顯微光譜儀技術領域，更具體地涉及一種基于邊帶濾光片的、具有低成本和高透過率、低至10波數檢測能力的拉曼光譜儀。

背景技術

眾所周知，隨著現代科技的發展，各種應用于拉曼光譜測試的濾光片應運而生。這些濾光片使得不再需要數個單色儀來過濾激發光，從而讓拉曼光譜儀變得非常小巧。現有的顯微拉曼光譜儀集成了激光器、顯微鏡、共焦針孔、光柵和探測器，如圖1所示。到目前為止，使用陷波濾光片和邊帶濾光片的單光柵拉曼光譜儀已經占據了主要的拉曼光譜儀市場。在這里，陷波濾光片和邊帶濾光片既起著把激發光反射到樣品上的作用，又起著過濾散射信號中瑞利線的作用。

在拉曼光譜測量中，很多時候人們希望獲得非常靠近激發光的低波數拉曼信號，但傳統的配備陷波濾光片和邊帶濾光片的單光柵拉曼光譜儀一般僅能測到高于50波數的拉曼信號，并且更換激光器非常不方便。而低于50波數的拉曼光譜信號通常需要三光柵拉曼光譜儀或者由三塊體光柵陷波濾光片組成的特殊功能模塊來測量。這時，由于光柵和反射鏡等效率的原因，三光柵拉曼光譜儀的光譜信號透過率通常只有單光柵拉曼光譜儀的1/10，甚至更低，而體光柵陷波濾光片的透過率雖然有所提高，但其調節非常不方便，而且單激光波長的使用成本非常高。由于很多低波數拉曼信號的強度都非常弱，這就為廣泛地研究各種材料低波數拉曼信號帶來很大的困難。因此，如何利用單光柵拉曼光譜儀這種光譜信號透過率高的特點但又不采用體光柵陷波濾光片技術來測量低波數拉曼信號，是當前拉曼光譜測量技術所需要迫切解決的一個問題。

隨著濾光片技術的逐漸進步，邊帶濾光片的截止頻率越來越低。現有的技術已經能夠生產出截止波數小于25波數的特殊邊帶濾光片。隨著截止波數越來越小，如何調節邊帶濾光片使其工作波數足夠低就很困難，這使得這種特殊的邊帶濾光片很難在商業化顯微共焦拉曼光譜儀上使用。目前即使截止波數小于25波數的特殊邊帶濾光片已經進入市場數年，但科學論文報道的使用邊帶濾光片測試的拉曼光譜最低波數仍然在50波數左右。另外，要檢測低于10波數的拉曼信號，必須使用體光柵帶通濾光片將激光中的等離子線濾除掉。體光柵帶通濾光片與傳統的帶通濾光片有本質的差別，是一種反射式的濾光片。因此，在現有技術中，為了濾除等離子線，都專門設計了額外的光路，將體光柵帶通濾光片引入光路中。由于體光柵帶通濾光片有特定的工作波長，因此，當改變激光波長時，就必須設計新的光路。然而，現在眾多的商業化單光柵拉曼光譜儀都使用了模塊化設計思想，光路的調節非常緊密，這對于廣大對拉曼光路的原理不了解的用戶來說，基本上不可能對現有商業化單光柵拉曼光譜儀的激光入射光路進行改進。因此，如何設計一套結構簡單、在使用上綜合考慮可更換不同激光線和相應的光學元件、且配合邊帶濾光片就能檢測低至10波數的顯微共焦拉曼光譜裝置，是廣大拉曼光譜工作者所期望解決的重要拉曼光譜技術難題之一。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種拉曼光譜儀，以期解決上述技術問題中的至少之一。

為了實現上述目的，本發明提供了一種基于邊帶濾光片的拉曼光譜儀，包括激光器模塊、激光器導入與純化模塊、光路耦合與輸出模塊和信號檢測模塊，其中，

所述激光器模塊至少包括一個激光器LS1，用于發出激光束；

所述激光器導入與純化模塊包括至少兩個反射鏡M1、M3和特殊帶通濾光片BPF，用于將所述激光器模塊發出的激光束經由反射鏡反射到所述特殊帶通濾光片BPF的中心，并由所述特殊帶通濾光片BPF反射到后續光路；

所述光路耦合與輸出模塊包括至少兩個反射鏡M4、M5、特殊邊帶濾光片EFT、顯微物鏡OBJ和聚焦透鏡LNS，用于將所述特殊帶通濾光片BPF反射的激光束通過兩反射鏡M4、M5反射到所述特殊邊帶濾光片EFT的中心，所述特殊邊帶濾光片EFT再將激光束導向顯微物鏡OBJ，經顯微物鏡OBJ聚焦到樣品SMP并對其進行照射，并允許照射所述樣品SMP的反射光和拉曼信號光經顯微物鏡OBJ收集后回射到所述特殊邊帶濾光片EFT的中心，進而利用所述特殊邊帶濾光片EFT來獲得純凈的拉曼信號光，進而由聚焦透鏡LNS匯聚到后續的信號檢測模塊；

所述信號檢測模塊包括單光柵光譜儀GPY和相應控制電路，用于對所述光路耦合與輸出模塊獲得的純凈拉曼信號光進行檢測，得到樣品SMP的拉曼光譜。

其中，所述激光器導入與純化模塊和/或所述光路耦合與輸出模塊中的反射鏡分別固定于一個二維豎直可調節架上，使它們的角度分別二維可調。