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一種檢測高散射介質(zhì)的拉曼光譜儀的制作方法
【專利摘要】一種檢測高散射介質(zhì)的拉曼光譜儀，包括激光器，沿所述激光器的輸出光路上依次設(shè)置有準(zhǔn)直凸透鏡、半透半反分光鏡、圓錐透鏡和會聚凸透鏡，在所述的半透半反分光鏡的反射光路上依次設(shè)置有濾波片、接收凸透鏡和接收經(jīng)濾波片濾波后的光束的分光光譜儀，所述分光光譜儀的輸出端連接有對經(jīng)分光光譜儀分光后的光束進(jìn)行成像的陣列CCD檢測器，所述的會聚凸透鏡的聚焦點對應(yīng)被檢測樣本。本發(fā)明利用圓錐透鏡產(chǎn)生近似零階貝塞爾光束以克服介質(zhì)的高散射性，減少激光損耗，使其在高散射介質(zhì)中聚焦成一個光斑，增加光束在高散射介質(zhì)中的透射深度，降低光譜彌散，并收集焦點處的拉曼信號進(jìn)行光譜分析。
【專利說明】一種檢測高散射介質(zhì)的拉曼光譜儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種拉曼光譜儀。特別是涉及一種有效檢測高散射介質(zhì)的拉曼光譜儀。
【背景技術(shù)】
[0002]拉曼散射是一種分子受光子激發(fā)的非彈性散射現(xiàn)象，拉曼光譜表征了化學(xué)物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)特性，可以用來鑒定分子中存在的功能基團，實現(xiàn)化學(xué)分子的指紋辯識，從而被用作識別鑒定未知化學(xué)物的有效方法。
[0003]目前拉曼光譜已廣泛應(yīng)用于材料、化工、石油、高分子、生物、環(huán)保、地質(zhì)等領(lǐng)域。
[0004]由于高散射介質(zhì)(如生物組織)的散射作用，一方面使得激光的穿透深度非常有限，造成激光的高散射損耗，從而導(dǎo)致現(xiàn)有的拉曼光譜儀的應(yīng)用限制在表面分析；另一方面使得拉曼光譜彌散，降低光譜檢測的準(zhǔn)確性。為分析高散射介質(zhì)表層下的物質(zhì)，必須增加激光在高散射介質(zhì)中的穿透深度，并降低光譜彌散。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠增加光束在高散射介質(zhì)中的透射深度，降低光譜彌散，并收集焦點處的拉曼信號進(jìn)行光譜分析的檢測高散射介質(zhì)的拉曼光譜儀。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種檢測高散射介質(zhì)的拉曼光譜儀，包括激光器，沿所述激光器的輸出光路上依次設(shè)置有準(zhǔn)直凸透鏡、半透半反分光鏡、圓錐透鏡和會聚凸透鏡，在所述的半透半反分光鏡的反射光路上依次設(shè)置有濾波片、接收凸透鏡和接收經(jīng)濾波片濾波凸透鏡聚焦后的光束的分光光譜儀，所述分光光譜儀的輸出端連接有對經(jīng)分光光譜儀分光后的光束進(jìn)行成像的陣列CCD檢測器，所述的會聚凸透鏡的聚焦點對應(yīng)被檢測樣本。
[0007]所述的準(zhǔn)直凸透鏡與所述的激光器同軸固定安裝，所述半透半反分光鏡的軸線與所述的準(zhǔn)直凸透鏡的軸線相交，所述的圓錐透鏡和會聚凸透鏡與所述的準(zhǔn)直凸透鏡同軸固定安裝，所述的濾波片的軸線與所述的準(zhǔn)直凸透鏡的軸線相交，所述接收凸透鏡與所述濾波片同軸固定安裝。
[0008]所述半透半反分光鏡的軸線與所述的準(zhǔn)直凸透鏡的軸線夾角為45度。
[0009]所述半透半反分光鏡的軸線與所述的濾波片的軸線夾角為45度。
[0010]所述的準(zhǔn)直凸透鏡的軸線與所述的濾波片的軸線垂直相交。
[0011]本發(fā)明的一種檢測高散射介質(zhì)的拉曼光譜儀，利用圓錐透鏡產(chǎn)生近似零階貝塞爾光束以克服介質(zhì)的高散射性，減少激光損耗，使其在高散射介質(zhì)中聚焦成一個光斑，增加光束在高散射介質(zhì)中的透射深度，降低光譜彌散，并收集焦點處的拉曼信號進(jìn)行光譜分析。具有如下有益效果:
[0012]1、降低光譜彌散，獲得被測高散射物質(zhì)準(zhǔn)確的拉曼光譜；[0013]2、增加激光在高散射物質(zhì)中的透射深度，獲得高散射物質(zhì)內(nèi)部激發(fā)光譜，提高拉曼光譜儀對高散射物質(zhì)檢測的準(zhǔn)確性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中
[0016]1:激光器2:準(zhǔn)直凸透鏡
[0017]3:半透半反分光鏡4:圓錐透鏡
[0018]5:會聚凸透鏡6:濾波片
[0019]7:接收凸透鏡8:分光光譜儀
[0020]9:陣列CCD檢測器10:被檢測樣本
[0021]11:激光束
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明的一種檢測高散射介質(zhì)的拉曼光譜儀做出詳細(xì)說明。
[0023]如圖1所示，本發(fā)明的一種檢測高散射介質(zhì)的拉曼光譜儀，包括激光器1，沿所述激光器I的輸出光路上依次設(shè)置有準(zhǔn)直凸透鏡2、半透半反分光鏡3、圓錐透鏡4和會聚凸透鏡5，在所述的半透半反分光鏡3的反射光路上設(shè)置有濾波片6、接收凸透鏡7和接收經(jīng)濾波片6濾波凸透鏡7聚焦后的光束的分光光譜儀8，所述分光光譜儀8的輸出端連接有對經(jīng)分光光譜儀8分光后的光束進(jìn)行成像獲得拉曼光譜的陣列CCD檢測器9，其中，所述的會聚凸透鏡5的聚焦點對應(yīng)被檢測樣本10。
[0024]所述的準(zhǔn)直凸透鏡2與所述的激光器I同軸固定安裝，所述半透半反分光鏡3的軸線與所述的準(zhǔn)直凸透鏡2的軸線相交，并且，所述半透半反分光鏡3的軸線與所述的準(zhǔn)直凸透鏡2的軸線夾角為45度。所述的圓錐透鏡4和會聚凸透鏡5與所述的準(zhǔn)直凸透鏡2同軸固定安裝，所述的濾波片6的軸線與所述的準(zhǔn)直凸透鏡2的軸線相交，與所述的半透半反分光鏡3的軸線相交，所述接收凸透鏡7與所述濾波片6同軸固定安裝，并且，所述半透半反分光鏡3的軸線與所述的濾波片6的軸線夾角為45度。
[0025]所述的濾波片6的位置可靈活設(shè)置，只要其能將被測光源發(fā)出的光束劃分為不同的測量波段即可。本實施例中所述的濾波片6的軸線與所述的準(zhǔn)直凸透鏡2的軸線為垂直相交。
[0026]本發(fā)明的一種檢測高散射介質(zhì)的拉曼光譜儀的工作原理如下。
[0027]激光器I產(chǎn)生激光束11，激光束11經(jīng)準(zhǔn)直凸透鏡2成為準(zhǔn)直光束，準(zhǔn)直光束經(jīng)半透半反分光鏡3分光后入射至圓錐透鏡4。準(zhǔn)直光束經(jīng)圓錐透鏡4由高斯光束變?yōu)榻屏汶A無衍射貝塞爾光束。其無衍射特性表現(xiàn)為光束中心光斑的光強和大小，在某一有限的傳播距離內(nèi)基本保持不變。當(dāng)障礙物的橫向線度小于束寬時，可以恢復(fù)到原來的橫向分布，這就是無衍射光束的自恢復(fù)性。基于貝塞爾光束的以上特性，貝塞爾光束得以應(yīng)用于高散射物質(zhì)的檢測過程中。貝塞爾光束經(jīng)會聚凸透鏡5聚焦于被檢測樣本10。被檢測樣本10是高散射介質(zhì)，光束遇到障礙物被散射，由于貝塞爾光束的自恢復(fù)性，使得光束進(jìn)入物質(zhì)內(nèi)部，在理想位置形成具有一定深度的聚焦光斑，進(jìn)而增加光束在高散射物質(zhì)中的透射深度，同時由于貝塞爾光束的自恢復(fù)性，使得產(chǎn)生的拉曼光譜彌散降低，提高檢測的準(zhǔn)確性。
[0028]在焦點處的激光光束受激發(fā)產(chǎn)生拉曼信號和瑞利信號，由會聚透鏡5收集后，沿著相反光路經(jīng)圓錐透鏡4被半透半反分光鏡3折射，經(jīng)濾波片6濾波后，拉曼信號中瑞利散射光被濾除。濾波后的拉曼信號經(jīng)接收凸透鏡7聚焦于分光光譜儀8，經(jīng)分光光譜儀8分光后在陣列CCD檢測器9上成像。接收到的拉曼光譜準(zhǔn)確揭示了一定焦點深度處高散射物質(zhì)的結(jié)構(gòu)組成信息。濾波片6的位置可靈活設(shè)置，只要其能將被測光源發(fā)出的光束劃分為不同的測量波段即可。
[0029]總之，只要是結(jié)構(gòu)原理與本發(fā)明相同，通知技術(shù)的簡單置換，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種檢測高散射介質(zhì)的拉曼光譜儀，包括激光器(1)，其特征在于，沿所述激光器(1)的輸出光路上依次設(shè)置有準(zhǔn)直凸透鏡(2)、半透半反分光鏡(3)、圓錐透鏡(4)和會聚凸透鏡(5)，在所述的半透半反分光鏡(3)的反射光路上依次設(shè)置有濾波片(6)、接收凸透鏡(7)和接收經(jīng)濾波片(6)濾波凸透鏡(7)聚焦后的光束的分光光譜儀(8)，所述分光光譜儀(8)的輸出端連接有對經(jīng)分光光譜儀(8)分光后的光束進(jìn)行成像的陣列CXD檢測器(9)，所述的會聚凸透鏡(5 )的聚焦點對應(yīng)被檢測樣本(10 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種檢測高散射介質(zhì)的拉曼光譜儀，其特征在于，所述的準(zhǔn)直凸透鏡(2)與所述的激光器(I)同軸固定安裝，所述半透半反分光鏡(3)的軸線與所述的準(zhǔn)直凸透鏡(2)的軸線相交，所述的圓錐透鏡(4)和會聚凸透鏡(5)與所述的準(zhǔn)直凸透鏡(2)同軸固定安裝，所述的濾波片(6)的軸線與所述的準(zhǔn)直凸透鏡(2)的軸線相交，所述接收凸透鏡(7)與所述濾波片(6)同軸固定安裝。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種檢測高散射介質(zhì)的拉曼光譜儀，其特征在于，所述半透半反分光鏡(3)的軸線與所述的準(zhǔn)直凸透鏡(2)的軸線夾角為45度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種檢測高散射介質(zhì)的拉曼光譜儀，其特征在于，所述半透半反分光鏡(3)的軸線與所述的濾波片(6)的軸線夾角為45度。
5.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種檢測高散射介質(zhì)的拉曼光譜儀，其特征在于，所述的準(zhǔn)直凸透鏡(2)的軸線與所述的濾波片(6)的軸線垂直相交。
【文檔編號】G01J3/44GK103604502SQ201310587511
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】李奇峰, 陳達(dá), 楊亞, 王洋 申請人:天津大學(xué)