[實用新型]一種基于門控單光子相機的快速遠程拉曼系統

有效

• 申請號: 201920218311.3
• 申請日: 2019-02-21
• 公開（公告）號: CN209542457U
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 任文貞;方正軍;金鵬程
• 申請（專利權）人: 西安中智科儀光電設備有限公司
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G01N21/01
• 代理公司: 山東博睿律師事務所 37238
• 代理人: 曲成武

本實用新型提供一種基于門控單光子相機的快速遠程拉曼系統，包括納秒脈沖激光器、窄帶濾光片、光柵光譜儀、門控單光子相機等。納秒脈沖激光器與門控單光子相機，以距離選通模式工作；納秒脈沖激光器出射10Hz頻率脈沖激光激發待測目標拉曼信號；經窄帶濾光片后過濾掉激光信號，通過物鏡收集進入光柵光譜儀；光柵光譜儀將復合光分成線性分布的單色光，并成像在門控單光子相機的靶面上；單光子相機進行數據采集后，將數據反饋給計算機，進行光譜信號分析。本實用新型可用于遠程目標拉曼信號的快速檢測，具有非接觸測量、靈敏度高、信噪比高、檢測快速的優勢，可廣泛應用于違禁物品安檢、液體安檢及礦石、珠寶、化工制品、生物醫藥檢測等領域。

技術領域：

本實用新型涉及一種快速遠程拉曼光譜系統，尤其涉及一種基于門控單光子相機進行距離選通的遠程拉曼快速檢測系統，可廣泛應用于違禁物品安檢、液體安檢及礦石、珠寶、化工制品、生物醫藥檢測等領域。

背景技術：

拉曼光譜是一種分析物質內部分子振動、轉動能級信息的無損技術，是一種物質成分識別的“指紋”技術。拉曼光譜因具有非接觸測量、檢測速度快、無需特殊制樣等特點，被廣泛應用于生物醫藥、化工制品、礦石礦物、違禁物品檢測等領域。

目前市場上，常用工業、安檢等民用領域的拉曼檢測儀以連續激光作為信號激發源，所采集的拉曼信號易受樣品熒光和環境雜散光的影響，致使拉曼光譜信噪比差。通常，需要增加探測器積分時間，來提高拉曼信號有效性，且難以進行遠距離處目標拉曼信號檢測。

發明內容：

為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種基于門控單光子相機的快速遠程拉曼系統，可用于遠程目標拉曼信號的快速檢測，具有非接觸測量、靈敏度高、信噪比高、檢測快速的優勢。

計算機，用于控制納秒脈沖激光器和門控單光子相機的軟件，并對所采集拉曼光譜進行數據處理分析。

納秒脈沖激光器，用于出射納秒脈沖激光信號、激發待測目標拉曼信號。

窄帶濾光片，用于過濾激光信號。

收集物鏡，用于提高拉曼信號收集效率。

光柵光譜儀，用于收集拉曼信號的頻域分析。

門控單光子相機，用于光信號的門控選通和信號采集。

進一步的，所述納秒脈沖激光器的激光波長為532nm，脈寬<10ns，重復頻率1-20Hz，具有外觸發功能。

進一步的，所述的窄帶濾光片，中心波長為532nm，帶寬±10nm。

進一步的，所述的收集物鏡，波段400-700nm。

進一步的，所述的光柵光譜儀，波譜范圍200-1100nm。

進一步的，門控單光子相機，具有高達55000倍的光學增益和最短3ns門寬的功能，可實現弱信號的放大和信號的選通功能，僅在拉曼信號脈沖到達相機靶面的時刻開啟，有效避免熒光和背向散射等噪聲的影響。

進一步的，門控單光子相機，以單光子計數模式采集數據。在單光子計數模式下，探測器讀出噪聲及暗計數噪聲，可以剔除；單幀工作下，有效信號計數為1，無效信號計數為0；多幀采集后，單光子計數進行累加，提高信噪比。

效果較佳的，所述門控單光子相機包括：雙層MCP像增強器、光纖錐耦合鏡頭、探測器、時序控制模塊和門控模塊；

雙層MCP像增強器用于微弱光信號的增益、放大；

光纖錐耦合鏡頭，利用光纖對光線的全反射將雙層MCP像增強器放大后的光信號耦合到探測器的靶面上；

探測器，用于采集光纖錐耦合鏡頭耦合的光信號；