[發明專利]深度識別拉曼光譜分析系統及分析方法

有效

• 申請號: 202110489663.4
• 申請日: 2021-05-06
• 公開（公告）號: CN113252636B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 郝鵬;陳俊英
• 申請（專利權）人: 河北大學
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65
• 代理公司: 石家莊國域專利商標事務所有限公司 13112
• 代理人: 胡澎

1.一種深度識別拉曼光譜分析系統，其特征是，包括拉曼激光器和編碼孔徑光纖拉曼光譜分析模塊；在所述拉曼激光器的激發光輸出端連接有激發光纖，在激發光纖的傳輸光路中依次設置有激發光纖準直鏡、窄帶濾光片和激發光纖耦合鏡；在所述編碼孔徑光纖拉曼光譜分析模塊的信號輸入端連接有編碼孔徑光纖陣列，所述編碼孔徑光纖陣列外接收集光纖，在所述收集光纖的傳輸光路中依次設置有收集光纖準直鏡、高通拉曼濾光片和收集光纖耦合鏡；所述激發光纖與所述收集光纖在自由端匯聚成束，并在自由端的端部集結成拉曼信號激發/收集光纖探頭；所述激發光纖位于激發/收集光纖探頭的中心，所述收集光纖圍繞中心的激發光纖呈多圈環形布置；

在所述編碼孔徑光纖陣列中沿行、列方向設置有數量相等的光纖，每條光纖為收集光纖的其中一根；所述編碼孔徑光纖陣列中每列光纖采用不同的編碼形式；

所述激發光纖處于探頭軸心的位置，所述收集光纖有若干條，與激發光纖平行設置，并合圍在激發光纖的外圍；所述收集光纖有至少兩層環圈，每層環圈上的收集光纖距軸心處的激發光纖的間距相等。

2.根據權利要求1所述的深度識別拉曼光譜分析系統，其特征是，所述編碼孔徑光纖拉曼光譜分析模塊包括：

準直鏡，設置在所述編碼孔徑光纖陣列的出射光光路上，用于將編碼孔徑光纖陣列的輸出光轉換成平行光并以相同的入射角反射至光柵；

光柵，與所述準直鏡斜向相對，用于在將準直鏡反射的平行光反射到聚焦鏡上的同時進行分光，以使不同波長的平行光經光柵反射后形成不同的衍射角；

聚焦鏡，與所述光柵斜向相對，用于將經由光柵反射的并具有不同衍射角的平行光聚焦于面陣探測器上；以及

面陣探測器，設置在所述聚焦鏡的焦平面上，用于接收聚焦鏡聚焦后的光信號。

3.根據權利要求2所述的深度識別拉曼光譜分析系統，其特征是，在所述面陣探測器的信號輸出端設置有信號處理單元，用于對面陣探測器輸出的光信號進行歸一化處理。

4.根據權利要求3所述的深度識別拉曼光譜分析系統，其特征是，所述編碼孔徑光纖陣列位于編碼孔徑光纖拉曼光譜分析模塊中的所述準直鏡的焦平面處。

5.一種深度識別拉曼光譜分析方法，其特征是，包括以下步驟：

a、設置權利要求1—4任一權利要求所述的深度識別拉曼光譜分析系統；

b、系統開機后，將被測樣品設置在與拉曼信號激發/收集光纖探頭的出射光路相垂直的位置上；

c、控制拉曼激光器發出激發光，所述激發光在通過激發光纖傳輸的過程中，依次經過激發光纖準直鏡的準直、經過窄帶濾光片的濾光、經過激發光纖耦合鏡的耦合濾波后，再經拉曼信號激發/收集光纖探頭照射到被測樣品上，并產生不同偏移量處的拉曼信號；

d、拉曼信號激發/收集光纖探頭收集在被測樣品上產生的不同偏移量處的拉曼信號，所收集的不同偏移量處的拉曼信號在收集光纖的傳輸過程中，依次經過收集光纖準直鏡的準直、經過高通拉曼濾光片的濾光、經過收集光纖耦合鏡的耦合濾波后，再經編碼孔徑光纖陣列入射到編碼孔徑光纖拉曼光譜分析模塊；

e、編碼孔徑光纖拉曼光譜分析模塊對被測樣品上產生的各偏移量處的拉曼信號進行光譜分析，同時獲得各偏移量處拉曼信號的拉曼光譜；

f、利用信號處理單元對各偏移量處的拉曼光譜進行歸一化處理；

g、對經歸一化處理后的拉曼光譜進行信號處理，解耦后即獲得被測樣品不同深度處的拉曼光譜。