[發明專利]散射輻射的多重光譜的同時檢測

在審

• 申請號: 201680079402.2
• 申請日: 2016-04-18
• 公開（公告）號: CN108603839A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: F·艾塔;A·羅加奇;V·什科爾尼科夫
• 申請（專利權）人: 惠普發展公司;有限責任合伙企業
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G02B5/32
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 周學斌;陳嵐

在一個示例中，描述了一種裝置，其包括光源、全息光學元件、采樣裝置和檢測器。光源被配置成發射激發光束。全息光學元件被布置成將該激發光束轉換成多個激發光束。采樣裝置被布置成將多個激發光束作為投射點的二維圖案而投射到裝置外側的表面上。采樣裝置被進一步布置成響應于投射點的二維圖案來收集由表面發射的散射輻射。檢測器檢測散射輻射中的頻率偏移。

背景技術

拉曼光譜術是一種可以被用來識別樣本中的分子的光譜技術。該技術依賴于所發射的單色光的拉曼(非彈性)散射。所發射的光與樣本中的分子振動、聲子或其他激發相互作用，這使所發射聲子的能量被向上偏移或向下偏移。可以根據能量上的偏移來推斷有關樣本中的振動模式的信息。由于振動信息特定于分子的化學鍵和對稱性，所以這種信息進而可以被用來識別樣本中的分子。

雖然自發拉曼光譜術是一種強大的分子檢測技術，但是拉曼散射的信號趨向于是非常微弱的。可以通過使用特殊圖案化的結構來將這些信號增強許多數量級，這些特殊圖案化的結構局部地增強光源和所發射的光的電場。這種技術被稱為表面增強拉曼光譜術(SERS)。在SERS中，樣本分子被吸附在粗糙金屬表面上和/或被納米結構吸附。例如，可以將液體樣本沉積到具有納米結構化的貴金屬表面的硅或玻璃表面上。

附圖說明

圖1是本公開的示例光譜儀的高層級框圖；

圖2是本公開的示例光譜儀的更詳細的框圖；

圖3圖示了可以使用相應的全息光學元件由圖1和圖2的光譜儀來產生的激發光的示例二維圖案；

圖4圖示了可以結合圖1和圖2中圖示的光譜儀而使用的包括空間變化區域的陣列的示例基板；以及

圖5圖示了用于分子檢測的示例方法的流程圖。

具體實施方式

本公開寬泛地描述了用于使用表面增強拉曼光譜術(SERS)來同時檢測多重拉曼光譜的光譜儀和相關聯的方法。具有相似拉曼特征(signature)的不同分析物的存在可能使得難以識別樣本的分子內容。此外，當與不同SERS表面相互作用時，一些分子可能不同地進行表現(例如，展現出不同水平的增強或者產生不同的散射信號)。因此，當處理具有未知組成的樣本時，有幫助的是從處于許多不同條件下的樣本收集拉曼光譜，以便改善捕獲到每種分子組分的可區分特征的可能性。

本公開的示例將全息光學元件定位在光源與空間變化的SERS基板區域的陣列之間，以便將激發光的二維圖案投射到空間變化的表面上。在一個特定示例中，圖案的每個投射點入射在基板區域中的不同的一個區域上。基板區域中的每個將與樣本的不同分子不同地進行相互作用，從而當暴露于激發光時產生針對同一樣本的不同光譜(所發射的拉曼散射)。在被傳遞到檢測器之前，所發射的拉曼散射被收集、濾波和色散。色散使光的二維圖案的每個投射點對于檢測器而言表現為光帶，其中沿著該帶的不同水平坐標對應于光的不同頻率。因而，可以由光譜儀在單次測量(即，所測量的數據向檢測器的單次傳遞)中同時產生多個光譜。可以進而將這些光譜中的每個與針對不同基板區域的參考測量所對應于的不同數據庫進行比較，以便識別樣本中的分子。因此，在不增加所做出的測量的數量的情況下，極大地增加了識別樣本的組成的可能性。

圖1是本公開的示例光譜儀100的高層級框圖。在一個示例中，光譜儀100是拉曼光譜儀。在一個示例中，光譜儀100一般包括光源102、采樣裝置104和檢測器106。此外，全息光學元件108被定位在光源102與采樣裝置104之間。

在一個示例中，光源102是在可見、近紅外或近紫外范圍內發射激發光束的激光二極管。

將全息光學元件108定位成攔截激發光束并且將該激發光束轉換成以不同角度行進的多個激發光束。在一個示例中，全息光學元件包括衍射掩模，其包含具有不同空間頻率的衍射光柵的疊加。