一种检测高散射介质的拉曼光谱仪的制作方法
【专利摘要】一种检测高散射介质的拉曼光谱仪，包括激光器，沿所述激光器的输出光路上依次设置有准直凸透镜、半透半反分光镜、圆锥透镜和会聚凸透镜，在所述的半透半反分光镜的反射光路上依次设置有滤波片、接收凸透镜和接收经滤波片滤波后的光束的分光光谱仪，所述分光光谱仪的输出端连接有对经分光光谱仪分光后的光束进行成像的阵列CCD检测器，所述的会聚凸透镜的聚焦点对应被检测样本。本发明利用圆锥透镜产生近似零阶贝塞尔光束以克服介质的高散射性，减少激光损耗，使其在高散射介质中聚焦成一个光斑，增加光束在高散射介质中的透射深度，降低光谱弥散，并收集焦点处的拉曼信号进行光谱分析。
【专利说明】一种检测高散射介质的拉曼光谱仪
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种拉曼光谱仪。特别是涉及一种有效检测高散射介质的拉曼光谱仪。
【背景技术】
[0002]拉曼散射是一种分子受光子激发的非弹性散射现象，拉曼光谱表征了化学物质的分子结构特性，可以用来鉴定分子中存在的功能基团，实现化学分子的指纹辩识，从而被用作识别鉴定未知化学物的有效方法。
[0003]目前拉曼光谱已广泛应用于材料、化工、石油、高分子、生物、环保、地质等领域。
[0004]由于高散射介质(如生物组织)的散射作用，一方面使得激光的穿透深度非常有限，造成激光的高散射损耗，从而导致现有的拉曼光谱仪的应用限制在表面分析；另一方面使得拉曼光谱弥散，降低光谱检测的准确性。为分析高散射介质表层下的物质，必须增加激光在高散射介质中的穿透深度，并降低光谱弥散。

【发明内容】

[0005]本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够增加光束在高散射介质中的透射深度，降低光谱弥散，并收集焦点处的拉曼信号进行光谱分析的检测高散射介质的拉曼光谱仪。
[0006]本发明所采用的技术方案是:一种检测高散射介质的拉曼光谱仪，包括激光器，沿所述激光器的输出光路上依次设置有准直凸透镜、半透半反分光镜、圆锥透镜和会聚凸透镜，在所述的半透半反分光镜的反射光路上依次设置有滤波片、接收凸透镜和接收经滤波片滤波凸透镜聚焦后的光束的分光光谱仪，所述分光光谱仪的输出端连接有对经分光光谱仪分光后的光束进行成像的阵列CCD检测器，所述的会聚凸透镜的聚焦点对应被检测样本。
[0007]所述的准直凸透镜与所述的激光器同轴固定安装，所述半透半反分光镜的轴线与所述的准直凸透镜的轴线相交，所述的圆锥透镜和会聚凸透镜与所述的准直凸透镜同轴固定安装，所述的滤波片的轴线与所述的准直凸透镜的轴线相交，所述接收凸透镜与所述滤波片同轴固定安装。
[0008]所述半透半反分光镜的轴线与所述的准直凸透镜的轴线夹角为45度。
[0009]所述半透半反分光镜的轴线与所述的滤波片的轴线夹角为45度。
[0010]所述的准直凸透镜的轴线与所述的滤波片的轴线垂直相交。
[0011]本发明的一种检测高散射介质的拉曼光谱仪，利用圆锥透镜产生近似零阶贝塞尔光束以克服介质的高散射性，减少激光损耗，使其在高散射介质中聚焦成一个光斑，增加光束在高散射介质中的透射深度，降低光谱弥散，并收集焦点处的拉曼信号进行光谱分析。具有如下有益效果:
[0012]1、降低光谱弥散，获得被测高散射物质准确的拉曼光谱；[0013]2、增加激光在高散射物质中的透射深度，获得高散射物质内部激发光谱，提高拉曼光谱仪对高散射物质检测的准确性。
【专利附图】

【附图说明】
[0014]图1是本发明的整体结构示意图。
[0015]图中
[0016]1:激光器2:准直凸透镜
[0017]3:半透半反分光镜4:圆锥透镜
[0018]5:会聚凸透镜6:滤波片
[0019]7:接收凸透镜8:分光光谱仪
[0020]9:阵列CCD检测器10:被检测样本
[0021]11:激光束
【具体实施方式】
[0022]下面结合实施例和附图对本发明的一种检测高散射介质的拉曼光谱仪做出详细说明。
[0023]如图1所示，本发明的一种检测高散射介质的拉曼光谱仪，包括激光器1，沿所述激光器I的输出光路上依次设置有准直凸透镜2、半透半反分光镜3、圆锥透镜4和会聚凸透镜5，在所述的半透半反分光镜3的反射光路上设置有滤波片6、接收凸透镜7和接收经滤波片6滤波凸透镜7聚焦后的光束的分光光谱仪8，所述分光光谱仪8的输出端连接有对经分光光谱仪8分光后的光束进行成像获得拉曼光谱的阵列CCD检测器9，其中，所述的会聚凸透镜5的聚焦点对应被检测样本10。
[0024]所述的准直凸透镜2与所述的激光器I同轴固定安装，所述半透半反分光镜3的轴线与所述的准直凸透镜2的轴线相交，并且，所述半透半反分光镜3的轴线与所述的准直凸透镜2的轴线夹角为45度。所述的圆锥透镜4和会聚凸透镜5与所述的准直凸透镜2同轴固定安装，所述的滤波片6的轴线与所述的准直凸透镜2的轴线相交，与所述的半透半反分光镜3的轴线相交，所述接收凸透镜7与所述滤波片6同轴固定安装，并且，所述半透半反分光镜3的轴线与所述的滤波片6的轴线夹角为45度。
[0025]所述的滤波片6的位置可灵活设置，只要其能将被测光源发出的光束划分为不同的测量波段即可。本实施例中所述的滤波片6的轴线与所述的准直凸透镜2的轴线为垂直相交。
[0026]本发明的一种检测高散射介质的拉曼光谱仪的工作原理如下。
[0027]激光器I产生激光束11，激光束11经准直凸透镜2成为准直光束，准直光束经半透半反分光镜3分光后入射至圆锥透镜4。准直光束经圆锥透镜4由高斯光束变为近似零阶无衍射贝塞尔光束。其无衍射特性表现为光束中心光斑的光强和大小，在某一有限的传播距离内基本保持不变。当障碍物的横向线度小于束宽时，可以恢复到原来的横向分布，这就是无衍射光束的自恢复性。基于贝塞尔光束的以上特性，贝塞尔光束得以应用于高散射物质的检测过程中。贝塞尔光束经会聚凸透镜5聚焦于被检测样本10。被检测样本10是高散射介质，光束遇到障碍物被散射，由于贝塞尔光束的自恢复性，使得光束进入物质内部，在理想位置形成具有一定深度的聚焦光斑，进而增加光束在高散射物质中的透射深度，同时由于贝塞尔光束的自恢复性，使得产生的拉曼光谱弥散降低，提高检测的准确性。
[0028]在焦点处的激光光束受激发产生拉曼信号和瑞利信号，由会聚透镜5收集后，沿着相反光路经圆锥透镜4被半透半反分光镜3折射，经滤波片6滤波后，拉曼信号中瑞利散射光被滤除。滤波后的拉曼信号经接收凸透镜7聚焦于分光光谱仪8，经分光光谱仪8分光后在阵列CCD检测器9上成像。接收到的拉曼光谱准确揭示了一定焦点深度处高散射物质的结构组成信息。滤波片6的位置可灵活设置，只要其能将被测光源发出的光束划分为不同的测量波段即可。
[0029]总之，只要是结构原理与本发明相同，通知技术的简单置换，均落在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种检测高散射介质的拉曼光谱仪，包括激光器(1)，其特征在于，沿所述激光器(1)的输出光路上依次设置有准直凸透镜(2)、半透半反分光镜(3)、圆锥透镜(4)和会聚凸透镜(5)，在所述的半透半反分光镜(3)的反射光路上依次设置有滤波片(6)、接收凸透镜(7)和接收经滤波片(6)滤波凸透镜(7)聚焦后的光束的分光光谱仪(8)，所述分光光谱仪(8)的输出端连接有对经分光光谱仪(8)分光后的光束进行成像的阵列CXD检测器(9)，所述的会聚凸透镜(5 )的聚焦点对应被检测样本(10 )。
2.根据权利要求1所述的一种检测高散射介质的拉曼光谱仪，其特征在于，所述的准直凸透镜(2)与所述的激光器(I)同轴固定安装，所述半透半反分光镜(3)的轴线与所述的准直凸透镜(2)的轴线相交，所述的圆锥透镜(4)和会聚凸透镜(5)与所述的准直凸透镜(2)同轴固定安装，所述的滤波片(6)的轴线与所述的准直凸透镜(2)的轴线相交，所述接收凸透镜(7)与所述滤波片(6)同轴固定安装。
3.根据权利要求2所述的一种检测高散射介质的拉曼光谱仪，其特征在于，所述半透半反分光镜(3)的轴线与所述的准直凸透镜(2)的轴线夹角为45度。
4.根据权利要求2所述的一种检测高散射介质的拉曼光谱仪，其特征在于，所述半透半反分光镜(3)的轴线与所述的滤波片(6)的轴线夹角为45度。
5.根据权利要求5所述的一种检测高散射介质的拉曼光谱仪，其特征在于，所述的准直凸透镜(2)的轴线与所述的滤波片(6)的轴线垂直相交。
【文档编号】G01J3/44GK103604502SQ201310587511
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月20日 优先权日:2013年11月20日
【发明者】李奇峰, 陈达, 杨亚, 王洋 申请人:天津大学