[發明專利]一種多功能拉曼光譜儀

在審

• 申請號: 202110277017.1
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN112782149A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 王守國;蔣霖坤
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G01N21/73
• 代理公司: 唐山科軒專利代理事務所(特殊普通合伙) 13146
• 代理人: 孔娟

本發明適用于光譜儀技術領域，公開了一種多功能拉曼光譜儀，能夠同時進行拉曼光譜和等離子體光譜分析，在Czerny?Turner光路結構基礎上，增加一片反射鏡和一片帶孔反射鏡用以將反射前和反射后的光分離，同時兩片凹面反射鏡基本不偏轉，使得不同波長的光斑焦點在探測器像平面上豎直高度減小1?2個數量級，提升了提升光譜儀的靈敏度，同時，不同波長的光斑焦點在探測器像平面上水平方向尺寸大幅減小，光譜儀分辨率得以提升。通過采用特殊光纖束連接的拉曼光譜儀和等離子體發光光譜儀，能夠實現對于等離子體發光光譜的分析。

【技術領域】

本發明涉及光譜儀，特別涉及一種多功能拉曼光譜儀。

【背景技術】

拉曼光譜，是一種散射光譜。拉曼光譜分析法是基于印度科學家C.V.拉曼（Raman）所發現的拉曼散射效應，對與入射光波長不同的散射光譜進行分析以得到分子振動、轉動方面信息，并應用于分子結構研究的一種分析方法。由于不同的分子具有特定的的振動和轉動能級，當某一波長的激光與某一物質分子發生散射時，一部分激光光子與物質分子發生能量交換。發生能量交換后，激光光子波長改變。由于不同的振動和轉動能級與激光光子波長改變一一對應，因而通過分析散射后激光光譜便可以確定分子的振動或轉動能級差，并根據這些能級差分析出發生散射的分子是那種物質。等離子體光譜是指從等離子體內部發出的從紅外到真空紫外波段的電磁輻射譜，它攜帶了大量有關等離子體復雜的原子過程的信息。利用光譜學的原理和實驗技術，并借助于等離子體的理論模型，測量分析等離子體光譜，對于等離子體的研究具有重要意義。目前，還很少有儀器能夠同時進行拉曼光譜和等離子體光譜分析。

【發明內容】

本發明提出了一種多功能拉曼光譜儀，能夠同時進行拉曼光譜和等離子體光譜分析。本裝置在Czerny-Turner光路結構基礎上，增加一片反射鏡和一片帶孔反射鏡用以將反射前和反射后的光分離，同時兩片凹面反射鏡基本不偏轉，使得不同波長的光斑焦點在探測器像平面上豎直高度減小1-2個數量級，提升了提升光譜儀的靈敏度，同時，不同波長的光斑焦點在探測器像平面上水平方向尺寸大幅減小，光譜儀分辨率得以提升。通過采用特殊光纖束連接的拉曼光譜儀和等離子體發光光譜儀，能夠實現對于等離子體發光光譜的分析。

本發明所述的多功能拉曼光譜儀包括：激光器、第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、第一凹面反射鏡、第二凹面反射鏡、第三凹面反射鏡、第四凹面反射鏡、第一光纖端面、第二光纖端面、第三光纖端面、第四光纖端面、第一感光面、第二感光面、第一光柵、第二光柵、樣品、檢測點、狹縫、濾光片、第二反射鏡、孔、棱鏡。

激光器出射激光經第一透鏡聚焦后進入第一光纖端面，后經過第二光纖端面，由第二透鏡準直后由第三透鏡聚焦于檢測點，激光激發樣品后產生的拉曼光由第三透鏡收集并準直后，經第二透鏡聚焦于第二光纖端面，出射第三光纖端面后進入狹縫，從狹縫入射的光被第一反射鏡反射后，經第一凹面反射鏡反射準直，后被第一光柵將不同波長在水平方向衍射至不同角度，再被第二反射鏡反射后，經第二凹面反射鏡反射，后穿過第二反射鏡中的孔，不同波長聚焦于第一感光面上水平方向不同位置。

用于等離子體發光光譜探測時，檢測點處的離子體發射的光由第三透鏡收集并準直后，經第二透鏡聚焦于第二光纖端面中的光纖，經光纖傳導至第四光纖端面，由第三凹面反射鏡反射并準直，經第二光柵將不同波長衍射至豎直方向的不同角度，再由棱鏡折射并反射后將不同波長在水平方向分開，經第四凹面反射鏡反射并將不同波長聚焦于第二感光面上不同位置。

本發明的有益效果在于：

1、能夠同時進行拉曼光譜和等離子體光譜分析；

2、在Czerny-Turner光路結構基礎上，增加第一反射鏡和第二反射鏡，從而優化光譜儀結構；

3、采用點轉線的光纖束，能夠在保證分辨率的前提下，大幅增加信號光收集效率從而大幅提升靈敏度；

4、拉曼光譜模塊和等離子體光譜模塊用特制光纖束連接，能夠同時分析兩種光譜；

5、通過使用ICCD等高靈敏度探測器，可以實現固體、液體、氣體探測。