[實用新型]液體環境中的多熱點激發原路反饋拉曼光譜測試裝置

有效

• 申請號: 201920635517.6
• 申請日: 2019-05-06
• 公開（公告）號: CN210401221U
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 張新平;劉淼
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G01N21/01
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

液體環境中的多熱點激發原路反饋拉曼光譜測試裝置，屬于面向環境保護及環境監測的光學傳感器技術領域。包括多個凹面反射鏡，沿光路傳播方向，激發光經光學濾波準直后入射到液體中的第一個凹面反射鏡上，反射光束將形成第一個焦點，沿光路在第一個焦點后面一段距離r₁后為第二個凹面反射鏡，第二個凹面反射鏡反射光束形成第二個焦點，依次類推共有n個凹面反射鏡；第n?1個凹面反射鏡反射的光將形成第n?1個焦點，第n個凹面反射鏡垂直于其入射光束；上一個凹面反射鏡的反射光作為下一個凹面反射鏡的入射光。本實用新型將多焦點光學系統引入拉曼光譜測試裝置，增加熱點數量，提升拉曼光譜測試性能而達到痕量檢測的水平。

技術領域

本實用新型屬于面向環境保護及環境監測的光學傳感器技術領域，涉及一種面向液體環境，特別是環境水中微量物質檢測的光譜學測試裝置。

背景技術

拉曼光譜是一種包含了物質分子振動、轉動信息的散射光譜。而每種分子都有其獨特的光譜“指紋”，這些“指紋”可以用來對固態、液態、氣態樣品分子進行化學鑒別、組成成分等方面的研究和分析。作為一種快速、簡單、可重復且無損傷的定量定性分析工具，目前已廣泛應用于生物、化學、物理等領域。提高目標物的檢測靈敏度、重復率及信噪比，是相關研究和器件研制的核心內容。

拉曼光譜測試裝置一般是單熱點激發，即將輸出的激發光聚焦到一點，原路收集拉曼散射光譜信號。但僅利用了激發光焦點處光與樣品的相互作用，液體待測物和激發光能量的利用率均很低。構建多個熱點激發可以顯著增強液體和激發光相互作用的體積或距離，從而顯著提升拉曼散射信號強度與信噪比，實現在線高靈敏度樣品檢測。本實用新型正是基于上述考慮，提出將多焦點光學系統引入拉曼光譜測試裝置，增加熱點數量，提升拉曼光譜測試性能而達到痕量檢測的水平。在此基礎上研制具有穩定性好、靈敏度高的便攜式的拉曼光譜檢測儀器。

實用新型內容

本實用新型提出了一種適用于液體環境的多熱點激發、原路反饋的拉曼光譜測試裝置。通過構建多個拉曼光譜激發熱點，實現反饋機制和激發效率的倍增，利用激發光多次聚焦并且原路反饋，實現拉曼光譜的累加倍增，顯著增強拉曼光譜信號的強度，從而提高液態物質中目標物的檢測靈敏度，為溶液的檢測提供新的技術方法。

本實用新型提出適用液體環境的基于多熱點激發、原路反饋機制的一種拉曼光譜測試裝置，其特征在于，包括多個凹面反射鏡，沿光路傳播方向，激發光經光學濾波準直后入射到液體中的第一個凹面反射鏡上，反射光束將形成第一個焦點，沿光路在第一個焦點后面一段距離r₁后為第二個凹面反射鏡，第二個凹面反射鏡反射光束形成第二個焦點，沿光路在第二個焦點后面一段距離r₂后為第三個凹面反射鏡，依次類推共有n個凹面反射鏡；第n-2個凹面反射鏡反射的光將形成第n-2個焦點，第n-2個焦點后面一段距離r_n-2后為第n-1個凹面反射鏡，第n-1個凹面反射鏡反射的光將形成第n-1個焦點，第n個凹面反射鏡垂直于其入射光束；上一個凹面反射鏡的反射光作為下一個凹面反射鏡的入射光。

優選n個凹面反射鏡排列成兩行，凹面反射鏡的凹面朝向兩行中間，兩行的凹面反射鏡相互交叉排布；所述的各個焦點位于兩行間。

所述每個凹面反射鏡的曲率和半徑的大小可以相同或不同，且使得入射光能夠在n個凹面反射鏡間100％反射；

第i個焦點后面一段距離r_i大于第i+1個凹面反射鏡的1倍焦距，i為1至n-1；

采用上述的結構在最后一個凹面反射鏡即第n個凹面反射鏡將第n-1個凹面反射鏡反射的光作為入射光束的同時還能夠100％原路反射回來；利用凹面反射鏡將激發光束多次聚焦后原路反饋，共形成2(n-1)個焦點。拉曼散射光信號強度是一般單次聚焦測試裝置的2(n-1)倍。理論上，n可以為任意的自然數。考慮實際情況，n一般小于6。