[實用新型]一種基于微結構光纖的拉曼測試輔助調節耦合的實時成像系統

有效

• 申請號: 201921341325.0
• 申請日: 2019-08-16
• 公開（公告）號: CN211206261U
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 方曉惠;牛小玉;張新平
• 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

一種基于微結構光纖的拉曼測試輔助調節耦合的實時成像系統，屬于激光拉曼光譜檢測、光電子和光纖光學應用領域。由便攜式集成激光器拉曼探頭、光譜儀、全反鏡、分光鏡、非球面透鏡、顯微物鏡、變焦透鏡組、CCD探測器組成。本申請旨在搭建一種能夠在激光耦合過程中同時對光纖前后端面實時成像的系統。提出使用CCD結合透鏡組通過精細調節來實時觀測耦合位置，提高耦合效率。并以此提高拉曼信號的強度，提高拉曼系統的檢測精度。

技術領域

本實用新型是一種基于微結構光纖的拉曼測試輔助調節耦合的實時成像系統。屬于激光拉曼光譜檢測、光電子和光纖光學應用領域。

背景技術

隨著經濟的不斷發展，人們的生活水平也在不斷提高，同時也面臨著很多的威脅。水污染、霧霾、以及各種農產品的農藥含量超標等問題也嚴重影響著人們的身體健康與生活水平。而這些都是由有毒的生化分子造成的。因此研究能夠檢測這些生化分子的技術顯得尤為關鍵^[1]。

表面增強拉曼散射(SERS)是一種能夠檢測微量分子的有效方法。由于每一種分子都有與其相對應的特征拉曼光譜，因此可以用來進行某種特定分子的檢測。近年來，基于SERS的分子檢測開展了廣泛的研究，但大部分的工作形式是通過顯微鏡將光聚焦到載有待測分子的基片上，這種結構的缺點是不利于集成，而且系統的穩定性易受到影響，因此限制了儀器的使用領域和應用場合。

光纖傳感器是以光纖作為信號傳輸的載體，因此有很多獨特的優勢：(1)抗電磁干擾、電絕緣；(2)體積小可用于微量檢測；(3)對被測介質的影響較小；(4)靈敏度和分辨率較高等。由于光纖有著眾多的優勢，將光纖和SERS結合的光纖SERS探針引起了人們廣泛的關注與研究。Claire Gu課題組率先提出并實現了一種便攜式的光纖 SERS傳感器系統^[2]。但他們所使用的光纖為普通單模光纖，光與樣品的相互作用范圍僅限于很小的光纖端面，對于拉曼信號的增強并不是很明顯。微結構光纖區別于普通單模光纖，其內部有很多空氣孔，待測物質可以填充到微結構光纖的空氣孔中，使得光與物質相互作用更為直接與充分。因此基于微結構光纖便攜式的光纖SERS傳感器系統有深入研究的必要性。但是對于微結構光纖而言，其光纖端面的空氣孔為微米量級，激光耦合在不同位置對光的傳輸損耗以及光與物質相互作用的強度都密切相關，進而極大的影響拉曼信號的強度。因此，十分必要開發一套能實時觀測激光在光纖端面的輸入與輸出位置的裝置。

參考文獻

[1]劉婷.基于熒光與表面增強拉曼光譜的光纖生化傳感器[D].清華大學,2014.

[2]Yang X,Tanaka Z,Newhouse R,et al.Portable fiber sensors based onsurface-enhanced Raman scattering.Review of scientific instruments, 2010,81(12):123103.

實用新型內容

本實用新型旨在解決如下問題——將空間光精準的耦合進微結構光纖的纖芯中。本實用新型中提出使用CCD結合透鏡組實現光纖前后端面實時成像，指導耦合裝置的精細調節，提高激光耦合效率。并以此提高拉曼信號的強度，進而提高拉曼系統的檢測精度。

本實用新型通過搭建一種微結構光纖前后端面成像系統來實現，具體方案如下：

一種基于微結構光纖的拉曼測試輔助調節耦合的實時成像系統，其特征在于，包括：便攜式集成激光器拉曼探頭(1)、全反鏡(2)、分光鏡(3)、非球面透鏡(4)、微結構光纖(5)、顯微物鏡(6)、第一變焦透鏡組(7)、第一CCD探測器(8)、電腦(9)、拉曼光譜儀 (10)、第二變焦透鏡組(11)、第二CCD探測器(12)；便攜式集成激光器拉曼探頭(1)與全反鏡(2)直線光路1連接；