[發(fā)明專利]基于激光測距自動調(diào)焦的門控光纖拉曼光譜儀

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610972219.7
• 申請日: 2016-11-03
• 公開（公告）號: CN106645082B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姚齊峰;祝連慶;張雯;婁小平;董明利;李紅;辛璟燾
• 申請（專利權(quán)）人: 北京信息科技大學
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65
• 代理公司: 北京律恒立業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11416
• 代理人: 顧珊;龐立巖

本發(fā)明公開了一種基于激光測距自動調(diào)焦的門控光纖拉曼光譜儀，包括激光探測系統(tǒng)、拉曼散射光收集系統(tǒng)和信號觸發(fā)延時及數(shù)據(jù)處理控制系統(tǒng)；該光纖拉曼光譜儀由脈沖激光器、環(huán)形器、第一準直器、反射棱鏡、二向分色棱鏡、光電探測器望遠透鏡系統(tǒng)，第二準直器，濾光片和門控光譜儀組成。本發(fā)明在一定距離內(nèi)能實現(xiàn)直接快速檢測；通過光電探測器能自動判斷激光光斑是否照射到物體上實現(xiàn)自動延時控制；通過望遠透鏡系統(tǒng)的電控調(diào)焦裝置快速實現(xiàn)自動調(diào)焦；同時采用了光纖傳輸，極大提高了設(shè)備的機械穩(wěn)定性和可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光譜測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于激光測距自動調(diào)焦的門控光纖拉曼光譜儀。

背景技術(shù)

拉曼譜線是印度物理學家拉曼1928年在研究液體苯散射時首次發(fā)現(xiàn)的，它是一種散射光譜。當光照射到物體上時，有部分光會發(fā)生非彈性散射，散射光中除了與入射光相同的彈性成分外(瑞利散射)，還有比入射光頻率增大和減小的成分，其中頻率減小的成分稱為斯托克斯線，頻率增大的成分稱為反斯托克斯線，兩成分頻率對稱分布在激發(fā)光頻率的兩側(cè)。

拉曼效應這主要是由分子振動，晶格中的光學聲子與激發(fā)光源相互作用的結(jié)果。當一個光子與一個分子發(fā)生相互作用時，分子吸收一個光子后進入一個不穩(wěn)定的虛能態(tài)，接著會很快放射出一個光子，這時如果分子的振動或轉(zhuǎn)動能級比初始的能級高，那么發(fā)射光子的頻率就會比原始光子低，稱為斯托克斯光，反之，分子的振動或轉(zhuǎn)動能級比初始低，光子的能量會增加，頻率會提高，被稱為反斯托克斯光，通過拉曼光譜儀記錄光子頻率發(fā)生的規(guī)律的變化稱為拉曼光譜。

目前這些光譜儀都需要把樣品放在設(shè)置好的樣品室里，或者探頭需要緊挨著樣品以便收集足夠強的拉曼散射光。這種緊貼測量方式極大限制了設(shè)備的使用。比如拉曼光譜儀不能像紅外成像光譜儀那樣迅速得到某一區(qū)域礦物成分的情況，另外在外星著陸器或者漫游車上如果使用拉曼光譜儀分析星球表面的物質(zhì)成分時，需要額外配置機械手將樣品放在樣品室里，增加了操作難度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種基于激光測距自動調(diào)焦的門控光纖拉曼光譜儀，目的是通過使用長距離拉曼光譜儀，提高拉曼光譜儀的使用率和提高信噪比，能夠?qū)崿F(xiàn)長距離非采樣檢測。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于激光測距自動調(diào)焦的門控光纖拉曼光譜儀，包括包括激光探測系統(tǒng)、拉曼散射光收集系統(tǒng)和信號觸發(fā)延時及數(shù)據(jù)處理控制系統(tǒng)。

所述的激光探測系統(tǒng)包括激光發(fā)射探測系統(tǒng)和激光反射探測系統(tǒng)。

所述的激光發(fā)射探測系統(tǒng)包括脈沖激光器、環(huán)形器、第一準直器、反射棱鏡和二向分色棱鏡。

所述的激光反射系統(tǒng)是激光發(fā)射系統(tǒng)的逆向系統(tǒng)，激光反射系統(tǒng)包括所述的脈沖激光器、環(huán)形器、第一準直器、反射棱鏡和二向分色棱鏡還包括光電探測器。

所述的拉曼散射光收集系統(tǒng)包括所述二向分色棱鏡，望遠透鏡系統(tǒng)，第二準直器，濾光片和門控光譜儀。

優(yōu)選的，所述的環(huán)形器為三端口環(huán)形器，所述的光纖為對可見光損耗小的經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計的特種單模光纖。

所述的脈沖激光器和第一準直器分別與環(huán)形器通過光纖連接，所述的反射棱鏡和第一準直器沿光路置于二向分色棱鏡的反射方向，所述反射棱鏡和第一準直器相對平行放置。

所述樣品、望遠透鏡系統(tǒng)、濾光片和第二準直器沿光路依次置于二向色分色棱鏡的透射方向；所述門控光譜儀與第二準直器通過光纖連接。

所述的脈沖激光器設(shè)有激光脈沖觸發(fā)器，所述的光電探測器與環(huán)形器通過光纖連接，所述望遠透鏡系統(tǒng)設(shè)有電控調(diào)焦裝置，所述的激光脈沖觸發(fā)器、光電探測器、電控調(diào)焦裝置和門控光譜儀分別與數(shù)據(jù)處理控制系統(tǒng)通過串行總線連接。

優(yōu)選的，所述門控光譜儀可以是基于光纖F-P可調(diào)濾波器掃面的光纖門控光譜儀，也可以是基于光柵色散的門控光譜儀，還可以是基于空間傅里葉變換的門控光譜儀。