[發明專利]拉曼光譜檢測中的熒光背景抑制系統及抑制方法

有效

• 申請號: 202110489703.5
• 申請日: 2021-05-06
• 公開（公告）號: CN113252637B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 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;G01N21/01
• 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

本發明涉及一種拉曼光譜檢測中的熒光背景抑制系統及抑制方法。所述抑制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束后集結成拉曼信號激發/收集光纖探頭；所述拉曼信號激發/收集光纖探頭中的激發光纖位于軸心位置，收集光纖以激發光纖為中心密集排布。

技術領域

本發明涉及一種光譜檢測技術，具體地說是一種拉曼光譜檢測中的熒光背景抑制系統及抑制方法。

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，在拉曼光譜測量中，當用激光照射生物組織樣品時，除了能激發出拉曼散射光外，還會同時激發出熒光，這種熒光會干擾拉曼光譜的辨析。尤其是在生物組織拉曼光譜測試中，對背景熒光的抑制效果的優劣，可直接影響生物組織成分分析評判的結果。

國內外學者提出了多種抑制熒光的方法和技術，時域抑制法，高頻調制抑制法，移頻激發差分拉曼光譜，光譜后處理中熒光背景去除法等。拉曼散射光的發生在時間上緊隨激發光而產生，熒光的發射則在時間尺度上延后于拉曼散射光。時域抑制法利用克爾門控件或者光電倍增管、增強型CCD相機或單光子雪崩探測器(SPAD)等時間選通探測器實現熒光背景光的抑制。高頻調制抑制法根據拉曼散射和熒光對高頻信號的響應不同，通過對激發光高頻率的調制與拉曼光譜信號的解調抑制熒光背景的影響。在一個相對較小的范圍內，熒光光譜的分布特征幾乎不會隨著激發波的頻率變化而產生較大的變化，拉曼光譜則緊密跟隨激發光波的頻率變化而表現出在以波長顯示的拉曼譜的移動。因此，不同激發頻率光所獲得的光譜進行相減就可有效扣除基本相同的熒光背景，此類技術包括移頻激發差分拉曼光譜(SERDS)，波長調制拉曼光譜法(WMRS)和差移拉曼光譜法(SSRS)等。移頻激發差分拉曼光譜用兩個波長相近的激發光激發，波長調制拉曼光譜法采用連續調制的激發波長與多通道鎖定檢測器，這兩者都需要兩個以上不同頻率的激發光源。1998年Bell首次提出了SSRS方法，采用可微旋轉位置的光柵，利用被測光譜落在檢測單元空間上的細微的變化獲得前光柵微轉前后光譜的差分譜圖，通過差分方法達到熒光背景抑制的目的。此種方法最大優點就是無需額外增加其它光學元件，系統簡便，但需要通過兩次測量來實現。

發明內容

本發明的目的就是提供一種拉曼光譜檢測中的熒光背景抑制系統及抑制方法，以解決現有拉曼光譜檢測中因熒光背景而導致分析結果的準確性降低的問題。

本發明的目的是這樣實現的：一種拉曼光譜檢測中的熒光背景抑制系統，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束后，在自由端的端部集結成拉曼信號激發/收集光纖探頭；所述拉曼信號激發/收集光纖探頭中的激發光纖位于軸心位置，收集光纖以激發光纖為中心密集排布。

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；