[發明專利]改進型拉曼光譜系統

在審

• 申請號: 201680045129.1
• 申請日: 2016-06-01
• 公開（公告）號: CN108027279A
• 公開（公告）日: 2018-05-11
• 發明（設計）人: K·西茲波克;J·索努克
• 申請（專利權）人: 瑟斯技術公司
• 主分類號: G01J3/02
• 分類號: G01J3/02;G01J3/44;G01J1/02
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 陳瀟瀟;肖冰濱

提供用于分析來自由電磁輻射照射的物體的非彈性散射電磁輻射的光譜系統(10)。系統包括可調透鏡組件(13)，該可調透鏡組件具有設置在電磁輻射源(11)和物體(0)之間的波束路徑中的可調透鏡，并被布置為將從電磁輻射源發射的電磁輻射波束投射到物體的區域，并接收和校準來自所述物體的非彈性散射電磁輻射。基于由至少第一探測器(121)檢測到的電磁輻射，控制單元(14)能夠作出改變可調透鏡的操作設置的決定。

技術領域

本發明一般涉及光譜學領域。更特別地，本發明涉及改善型拉曼光譜學(Ramanspectroscopy)。

背景技術

拉曼光譜學是某種光譜學技術，其能夠實現系統中的振動、轉動和其他低頻模式的觀測。拉曼光譜學通常用在例如化學領域中以提供可以識別不同分子的指紋。

拉曼光譜學一般提供關于分子振動的信息，其可以用于識別或量化構成樣本的材料。樣本通常被電磁輻射源(例如具有單色光的激光器或LED)照射。在樣本上入射的光被散射、吸收或穿透。散射光的大部分通常與光源在相同的頻率中，這通常被稱為瑞利或彈性散射，即能量被保存。一般而言，非常小量(一般在10-5％的范圍中)的入射光強度通過拉曼散射或非彈性散射被散射，即能量沒有保存能量，導致散射光的波長移位。

樣本的拉曼光譜可以通過相對于頻率繪制波長移位強度來得到。

拉曼光譜學是非常完善的光譜學技術，其可用于以高精確度快速識別化學物質。每一種材料會產生唯一的拉曼光譜，這就是為什么這種技術適合于識別材料的原因。

拉曼效應一般發生在聚焦的單色(激光)光與包括在樣本中的被照射的分子的振動模式相互作用時。

從分子散射的光產生通常包括組成分子“指紋”的一連串的線的振動光譜。

拉曼儀器通常用于藥物實驗室中。

此外，電子組件的持續小型化導致產生便攜式且手持的拉曼儀器，該便攜式且手持的拉曼儀器可用于手持測量液體、粉末和固體。

拉曼儀器的光學模塊主要包括三個主要部分：激勵源，例如一般為激光器；采樣設備，例如一般為光學探測器；以及光譜儀或檢測器。光學探測器通常將激光輻射投遞到樣本并傳送從樣本往回散射的拉曼輻射至光譜儀。

一般而言，存在三種主要類型的光學探測器幾何結構：使用光纖的遠程采樣探測器、具有自由空間輻射路徑的常規采樣探測器、以及拉曼成像探測器，該拉曼成像探測器是拉曼光譜儀和顯微鏡的結合。

首次報道的拉曼探測器是在McCreery等人的美國專利No.4,573,76l中的遠程采樣探測器。該探測頭是三個光纖的集束，其中中心光纖用于將激光束傳遞到樣本以及其他兩個光纖從樣本收集拉曼光。所述激光束是發散的且拉曼光子的效率很差。針對McCreery探測器作出許多改進以增加收集效率。

常規采樣探測器通常通過在自由空間激光器和收集路徑上結合透鏡系統和慮光材料來移除光纖背景并優化光吞吐量。這些探測器一般使用180°或90°的幾何結構。

對這兩種幾何結構有一些變形。在一些應用中，激光器與收集軸之間的角度超過或低于90°，而一些應用使用平行的軸以進行激勵和收集輻射。

180°探測器配置在商業化拉曼儀器中變得很普遍并有許多優點。例如，收集透鏡(collection len)與樣本之間的有效距離可以高達幾個厘米，這一般會使得通過小瓶進行拉曼采樣成為可能。由于激光和收集光經過相同表面，可以容忍曲面小瓶或瓶子。

但是，樣本校準對于這兩種幾何形狀是共同的問題，因為激光在樣本上的聚焦位置會受到拉曼信號強度的嚴重影響。