[發明專利]一種時間門控拉曼光譜系統及拉曼光譜校正方法

在審

• 申請號: 202210363017.8
• 申請日: 2022-04-08
• 公開（公告）號: CN114460061A
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 王振友
• 申請（專利權）人: 廣東大灣區空天信息研究院
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G01J3/28;G01J3/44
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 高艷紅

本發明實施例公開了一種時間門控拉曼光譜系統及拉曼光譜校正方法。其中系統包括光源模塊、分束模塊、光電探測模塊、傳輸模塊、拉曼光譜采集模塊和控制模塊；光源模塊輸出脈沖激光；分束模塊將脈沖激光分束為第一光束和第二光束；光電探測模塊將第一光束的光信號轉換為第一電信號；傳輸模塊將第二光束匯聚至待測樣品，將拉曼散射光匯聚至拉曼光譜采集模塊；拉曼光譜采集模塊將拉曼散射光轉換為第二電信號；控制模塊根據第一電信號確定脈沖激光的功率變化，根據功率變化校正第二電信號。本發明實施例的技術方案，可以根據光源模塊出射的脈沖激光的功率變化對拉曼光譜進行校正，無需設置昂貴的、高性能的功率穩定的激光器，有利于降低系統成本。

技術領域

本發明實施例涉及光電技術，尤其涉及一種時間門控拉曼光譜系統及拉曼光譜校正方法。

背景技術

測量介質的分子組成及其化學環境在許多應用中非常重要，例如在農業、食品、石油、醫療診斷和制藥行業。用于此類測量的一種先進技術是拉曼光譜，可用于測量各種類型的樣品，例如固體、液體和氣體，并不需要對樣品進行特殊制備。相比較于紅外吸收光譜，水本身的拉曼光譜信號非常低，拉曼技術也非常適合于水溶液中的樣品測量。

傳統拉曼光譜在一些其他潛在應用中未被廣泛使用的一個主要原因是高熒光背景，這種激發光引起的高熒光光背景部分甚至完全掩蓋了較弱的拉曼信號，因此拉曼信噪比通常會降低。由于拉曼散射和熒光發射這兩種現象的時間響應不同，拉曼光子立即從樣品中散射，而熒光光子通常以幾納秒或更長的時間常數發射。利用這個特性，時間門控技術可以有效抑制熒光，例如，時間門控可以通過克爾門、超快速門控增強ICCD、單光子雪崩二極管SPAD或其他各種類型光電倍增管（如PMT，SiPM，MPPC）來實現。

在時間門控拉曼光譜系統中，相比較于ICCD相機、SPAD陣列等探測器，單像素SPAD探測器具有優秀的時間分辨率、高增益特性以及不錯的空間分辨率。但因為是單像素，需要通過掃描來獲取整個拉曼光譜。在掃描過程中，激光功率的浮動將影響所采集的信號。為了避免激光功率浮動，需要使用昂貴的、高性能的功率穩定的激光器，導致時間門控拉曼光譜系統成本較高，不利于推廣應用。

發明內容

本發明實施例提供一種時間門控拉曼光譜系統及拉曼光譜校正方法，該時間門控拉曼光譜系統可以根據光源模塊出射的脈沖激光的功率變化對拉曼光譜進行校正，無需設置昂貴的、高性能的功率穩定的激光器，有利于降低系統成本。

第一方面，本發明實施例提供一種時間門控拉曼光譜系統，包括光源模塊、分束模塊、光電探測模塊、傳輸模塊、拉曼光譜采集模塊和控制模塊；

所述光源模塊用于輸出脈沖激光；

所述分束模塊用于將所述脈沖激光分束為第一光束和第二光束；

所述光電探測模塊用于將所述第一光束的光信號轉換為第一電信號，所述第一電信號傳輸至所述拉曼光譜采集模塊和所述控制模塊；

所述傳輸模塊用于將所述第二光束匯聚至待測樣品，并將所述待測樣品輸出的拉曼散射光匯聚至所述拉曼光譜采集模塊；

所述拉曼光譜采集模塊包括單像素光電探測器，所述單像素光電探測器用于將所述拉曼散射光轉換為第二電信號；

所述控制模塊與所述光電探測模塊和所述拉曼光譜采集模塊連接，所述控制模塊用于根據所述第一電信號確定所述脈沖激光的功率變化，根據所述功率變化校正所述第二電信號。

可選的，所述拉曼光譜采集模塊包括數據采集卡，所述光電探測模塊和所述單像素光電探測器均與所述數據采集卡連接，所述數據采集卡根據所述第一電信號的觸發開始采集數據。

可選的，所述單像素光電探測器包括單光子雪崩光電二極管、單像素硅光電倍增管或單像素微通道板。

可選的，所述光源模塊包括電源、激光驅動器和激光頭，所述電源用于為所述激光驅動器提供能源，所述激光頭用于輸出所述脈沖激光。

可選的，所述分束模塊集成于所述光源模塊內。