[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

本發明涉及一種深度識別拉曼光譜分析系統及分析方法。所述分析系統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、激發光纖耦合鏡和窄帶濾光片；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、收集光纖耦合鏡和高通拉曼濾光片；所述激發光纖與所述收集光纖在自由端匯聚成拉曼信號激發/收集光纖探頭；所述激發光纖位于激發/收集探頭的中心，所述收集光纖圍繞中心的激發光纖多圈環形布置。本發明能夠對樣品進行深層檢測。

技術領域

本發明涉及一種光譜檢測技術，具體地說是一種深度識別拉曼光譜分析系統及分析方法。

背景技術

拉曼光譜技術具有非接觸、無損、快速準確等優點，在純定性分析、高精度定量分析和測定分子結構等方面具有很大的應用價值，其應用范圍涉及化學、物理學、生物學、材料、醫學、文物和寶石等多種領域。然而，拉曼散射光的光強較弱，這是其本身固有的缺點。一般來說，拉曼散射光的光強約為入射光光強的10^-10，因此，拉曼散射光極易受到熒光信號的干擾，且不同振動峰還容易重疊。另外，在使用拉曼光譜對透明包裝樣品進行檢測時，只能對樣品表層物質進行檢測，而無法獲得樣品深層次的信息，造成檢測不徹底。還有，拉曼光譜無法直接穿透不透明包裝袋，在對包裝中的樣品進行測定時，需要破壞樣品的外包裝，取得樣品后才能進行檢測，這就使得檢測過程繁瑣，增加了檢測時間。

在樣品內部深層次的拉曼光譜檢測技術方面，2005年Matousek等基于光子遷移理論提出了一種空間偏移拉曼光譜（SORS）技術。當激光入射到待測樣品表層時，其中有一部分散射光將進入樣品內部，樣品內部深層處產生的拉曼散射光的光子相比于樣品表層的光子在散射過程中更易于發生橫向遷移，經多次散射后返回樣品表層，被光譜儀器的接收系統予以收集。到達樣品內部不同深度（ΔH）的散射光返回表層后，其所在位置距離激光光源入射點在樣品表層上會有不同的偏移距離（ΔS）。當空間偏移距離ΔS≠0時，光譜儀器收集到的拉曼光譜信號中來自表層的信號就會衰減很快，而來自樣品深層的信號衰減較慢，這就使得更深層的拉曼散射光的光子比重變大，從而實現光譜分離，再結合多元數據分析方法，就可獲得樣品內部不同深度位置處的拉曼光譜。

但是，基于目前傳統的拉曼光譜分析技術的空間偏移拉曼光譜分析技術只能一次獲得樣品內部某一深度的拉曼信號，無法實現識別分析樣品不同深度處的成分的拉曼信號。共聚焦拉曼顯微技術也可實現深層次生物組織拉曼光譜的探測，但是，共聚焦拉曼顯微技術在對生物組織進行深度識別成像時，需要通過多次的Z軸掃描才能實現，不僅耗時長，多次測量還存在有一致性差的問題；而且，系統的光路復雜，不易于集成化和探頭化，也不適于作為診斷工具應用于現場檢測。

發明內容

本發明的目的就是提供一種深度識別拉曼光譜分析系統及分析方法，以解決現有空間偏移拉曼光譜分析無法區分識別被測樣品不同深度處的拉曼信號的問題。

本發明的目的是這樣實現的：一種深度識別拉曼光譜分析系統，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/收集探頭的中心，所述收集光纖圍繞中心的激發光纖多圈環形布置。

組成拉曼信號激發/收集光纖探頭中的激發光纖處于探頭軸心的位置，組成拉曼信號激發/收集光纖探頭中的收集光纖有若干條，與激發光纖平行設置，并合圍在激發光纖的外圍。

在拉曼信號激發/收集光纖探頭中的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。