[發明專利]一種基于衍射光學元件的多焦點式拉曼光譜采集儀

在審

• 申請號: 201710104571.3
• 申請日: 2017-02-24
• 公開（公告）號: CN106770181A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 馬翔云;王慧捷;王洋;陳達;李奇峰
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G01N21/01
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 李林娟

技術領域

本發明涉及拉曼光譜采集技術領域，尤其涉及一種基于衍射光學元件的多焦點式拉曼光譜采集儀。

背景技術

拉曼散射效應首先由印度科學家C.V.拉曼于1928年發現。隨著激光器的出現和改進，以及弱光檢測技術的提升，基于拉曼散射效應的拉曼光譜檢測技術得以發展。從此，拉曼光譜技術在物理、化學、生物、以及醫學等研究領域上有了廣泛的應用。

但是，目前常用的拉曼光譜采集儀存在著以下兩個缺點：

第一、拉曼信號需要較強的激光作為激勵，而得到的拉曼信號卻十分微弱，而高功率的激光會損傷吸光材料，例如：黑色塑料拉曼光譜的測量就目前拉曼光譜應用的一個難點；

第二、拉曼信號較弱，所以采集時需要較長的積分時間，這導致拉曼光譜的采集效率較慢，對一個樣品進行掃描式測量時會消耗大量的時間。

發明內容

本發明提供了一種基于衍射光學元件的多焦點式拉曼光譜采集儀，本發明通過在傳統拉曼光譜采集儀中引入衍射光學元件，可使聚焦在待測樣品上的光斑能量分散，降低聚焦高強度光斑對待測樣品的損壞，詳見下文描述：

一種基于衍射光學元件的多焦點式拉曼光譜采集儀，所述多焦點式拉曼光譜采集儀主要具有兩種功能：低入射光功率拉曼光譜檢測、以及高速顯微拉曼測量；

所述多焦點式拉曼光譜采集儀可以將一個匯聚光斑分散成多個聚焦光斑，并根據采集信號目的的不同，后期采用不同的信號處理方式；

根據待測樣品和采樣要求的不同選擇不同強度的輸入激光，選取參數匹配的衍射光學元件與光纖進行拉曼信號的采集，即以矩形的形式在待測樣品表面采集信號，再以線形的形式將待測樣品的拉曼信號輸入CCD型光譜儀。

所述根據采集信號目的的不同，后期采用不同的信號處理方式具體為：

實現低光功率拉曼光譜檢測時，即想要降低聚焦高強度光斑對待測樣品的損壞，將采集得到的n組拉曼信號進行疊加，最終得到一組信號，即為待測樣品的拉曼信號；

實現高速顯微拉曼測量時，則一次測量就可以得到待測樣品表面上不同位置的n組拉曼信號，再進行平面掃描并多次測量光譜，從而得到待測樣品感興趣區域的顯微拉曼信號。

所述多焦點式拉曼光譜采集儀包括：激光器，

激光器發出的激光過第一匯聚透鏡、針孔、第二匯聚透鏡變成較寬的平行激光束照射衍射光學元件上；入射激光通過衍射光學元件和第三匯聚透鏡進行分束匯聚，再經過第四匯聚透鏡和顯微鏡頭的光路調整，最后光斑照射在待測樣品上；

激發出的拉曼信號沿光路返回，經過分束鏡反射，再經過第五匯聚透鏡匯聚，拉曼信號照射在光纖輸入端，不同位置的拉曼信號沿光纖中不同的纖芯進行傳導，光纖的輸出端為線形排布，即輸出的拉曼信號以線形照射進CCD型光譜儀；

在光譜測量過程中，可以通過對橫縱軸方向掃描器的調節，來完成光斑在待測樣品表面的移動，從而在不移動待測樣品的條件下，完成對待測樣品表面不同位置拉曼信號的測量。

本發明提供的技術方案的有益效果是：通過在拉曼光譜采集儀中引入衍射光學元件，可使聚焦在待測樣品上的光斑能量分散，降低聚焦高強度光斑對待測樣品的損壞，可擴大拉曼光譜的應用領域；同時可有效擴大聚焦光斑的數目，提高拉曼光譜的采集效率，進行高速顯微拉曼測量。

附圖說明

圖1是本發明提供的基于衍射光學元件的多焦點式拉曼光譜采集儀的結構簡圖；

其中，1是激光器；2是第一匯聚透鏡；3是針孔；4是第二匯聚透鏡；5是衍射光學元件；6是第三匯聚透鏡；7是分束鏡；8是橫縱軸方向掃描器；9是第四匯聚透鏡；10是顯微鏡頭；11是待測樣品；12是第五匯聚透鏡；13是光纖；14是CCD型光譜儀。

圖2是待測樣品11上光斑投影的示意圖；

其中，黑點代表在樣品上的匯聚光斑。

圖3是光纖13的示意圖。

其中，A面是輸入端；B面是輸出端；每一個黑點代表一束光纖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面對本發明實施方式作進一步地詳細描述。

實施例1

一種基于衍射光學元件的多焦點式拉曼光譜采集儀，參見圖1，該多焦點式拉曼光譜采集儀主要具有兩種功能：低入射光功率拉曼光譜檢測、以及高速顯微拉曼測量。

其中，儀器光路簡圖如圖1所示，對比普通拉曼光譜采集儀，可以將一個匯聚光斑分散成多個聚焦光斑，并根據采集信號目的的不同，后期采用不同的信號處理方式。