一種微型拉曼光譜儀制造技術

本發明專利技術公開了一種微型拉曼光譜儀，包括探頭光路模塊、分光光路模塊和電子控制部分，所述探頭光路模塊為一集成有激光器的準直濾波系統；所述分光光路模塊集成有入射狹縫、凹面全息反射光柵和CCD探測器，所述CCD探測器位于凹面全息反射光柵的焦平面上；所述入射狹縫與CCD探測器分別處于分光光路的共軛面上。該結構基于平場凹面全息反射光柵分光，采用反射鏡將光路折疊，并將拉曼信號的激發光源與整個準直濾波系統集成在一個模塊中，在保持較高的光譜分辨率的情況下進一步縮小了光路的體積；根據實際光路的特點采用模塊化設計，方便了光路的調節，增加了系統的可靠性，適合批量化生產；具有體積小、攜帶方便、成本低等優點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及光學檢測儀器領域，尤其涉及一種微型拉曼光譜儀。
技術介紹
拉曼光譜反映了分子結構中原子的振動特征，被稱為分子的指紋光譜。拉曼檢測 技術作為一種無與倫比的、有力的分析手段，具有無損測量、檢測速度快、制樣簡單、可實現 現場檢測等優點，有望應用于現實的生產和生活中。但是，由于拉曼散射的強度很弱，其強 度是瑞利散射光強度的10_卜10_3倍，因此，拉曼光譜儀的結構一般比較復雜，并且價格昂 貴，動輒百萬人民幣，這些阻礙了拉曼光譜在實際檢測中的應用，拉曼光譜儀器的小型化和 簡單化將是未來的發展方向。如圖1為拉曼光譜儀的工作原理圖，各模塊按實現的功能可分為獲取拉曼信號 的探頭光路模塊1、分光光路模塊2和電子控制部分。拉曼光譜儀的體積主要由探頭光路模 塊I和分光光路模塊2決定，因此，拉曼光譜儀的微型化問題主要是解決這兩個光路模塊的 微型化問題。目前，采用光柵分光的微型拉曼光譜儀得到了一定的發展，較傳統的拉曼光譜儀， 微型拉曼光譜儀需要解決微型化和集成化的問題。微型化的拉曼光譜儀在工作原理上與傳 統的光譜儀相同，所以無論以何種形式實現微型化，系統都必須包含拉曼光譜儀的基本組 成。一般而言，系統的微型化有兩種途徑第一，將各部分集成加工，僅利用一個或較少的元 件來實現所有的功能；第二，采用微型化的元件和系統結構來實現整體系統的微型化。本發 明結合這兩種途徑的特點，實現光譜儀的微型化設計。
技術實現思路
為克服上述問題，本專利技術提出一種體積小、攜帶方便、成本低的微型拉曼光譜儀， 可廣泛應用于食品安全檢查、生物醫療、寶石鑒定、文物鑒定、刑事鑒定、公共安全、地質探 礦、材料科學和環境監測等領域。為達到上述目的，本專利技術所提出的技術方案為一種微型拉曼光譜儀，包括探頭光 路模塊、分光光路模塊和電子控制部分，所述探頭光路模塊為一集成有激光器的準直濾波 系統；所述分光光路模塊集成有入射狹縫、凹面全息反射光柵和CCD探測器，所述CCD探測 器位于凹面全息反射光柵的焦平面上；所述入射狹縫與CCD探測器分別處于分光光路的共 軛面上。進一步的，所述分光光路模塊還包括用于折疊光路的反射鏡。進一步的，所述分光光路模塊還包括一機械模具，入射狹縫、凹面全息反射光柵和 CCD探測器固定于機械模具的相應位置；或者，該分光光路模塊為一棱鏡結構，所述入射狹 縫、凹面全息反射光柵和反射鏡加工于該棱鏡結構上，所述CCD探測器貼于凹面全息反射 光柵的焦平面上。進一步的，所述棱鏡結構為一實心棱鏡，或者為多片反射鏡膠合的中空結構。進一步的，信號光在所述實心棱鏡內多次反射，該實心棱鏡對應于凹面全息反射 光柵的次級衍射光的反射面處鍍增透膜。或者，信號光在所述中空結構內多次反射，該中空 結構對應于凹面全息反射光柵的次級衍射光的角度方向上不設置反射鏡，或者在該次級衍 射光的反射面處鍍增透膜。進一步的，所述準直濾波系統還包括一準直系統、45° 二向色鏡、長波通濾波片、 信號收集透鏡和聚焦透鏡；所述45° 二向色鏡反射激光器發射的光，透射其他波長的光； 所述激光器發射的光經準直系統準直后照射到45° 二向色鏡上，由45° 二向色鏡反射后 經信號收集透鏡聚焦后照射到待測樣品上；激發出的拉曼信號光經信號收集透鏡聚焦收集 后透過45° 二向色鏡和長波通濾波片后，經聚焦透鏡會聚進入分光光路模塊。優選的，所述激光器為TO封裝的785nm波長的半導體激光器。本專利技術的有益效果本專利技術的一種微型拉曼光譜儀，基于平場凹面全息反射光柵 分光，采用反射鏡將光路折疊，并將拉曼信號的激發光源與整個準直濾波系統集成在一個 模塊中，在保持較高的光譜分辨率的情況下進一步縮小了光路的體積；根據實際光路的特 點采用模塊化設計，方便了光路的調節，增加了系統的可靠性，適合批量化生產；具有體積 小、攜帶方便、成本低等優點。附圖說明圖1為本專利技術中拉曼光譜儀的結構原理圖；圖2為本專利技術的拉曼光譜儀的分光光路模塊示意圖；圖3為本專利技術的拉曼光譜儀中光路折疊的分光光路模塊示意圖；圖4為本專利技術的拉曼光譜儀的探頭光路模塊示意圖。標號說明1.探頭光路模塊；101.激光器；102.準直系統；103.45° 二向色鏡；104.信號收集透鏡；105.長波通濾波片；106.聚焦透鏡；2.分光光路模塊；201.入射狹縫；202.凹面全息反射光柵；203. C⑶探 測器；204.機械模具；211.入射狹縫；212.凹面全息反射光柵；213.反射鏡；214. C⑶探測 器；215.棱鏡結構。具體實施方式下面結合附圖和具體實施方式，對本專利技術做進一步說明。本專利技術的一種微型拉曼光譜儀的工作原理同傳統拉曼光譜儀相同，如圖1所示， 由拉曼激光器發射的激光經鏡頭聚焦到樣品上，從樣品發射的拉曼散射光信號和瑞利散射 光信號通過鏡頭的準直作用進入拉曼探頭。在拉曼探頭內，瑞利散射光被濾除，拉曼散射光 信號經過光譜儀模塊的分光作用以后，通過光電探測器記錄拉曼信號，再經過電子控制部 分的控制采集電路、控制/顯示模塊和輸入/輸出端口的處理獲得拉曼散射光信號數據。本 專利技術將拉曼激光器、鏡頭和濾波系統集成為一個整體模塊，作為探頭光路模塊I ;將光譜儀 模塊和光電探測器集成為一個整體模塊，作為分光光路模塊2。通過集成化的模塊系統，使 用較少的光學元件，結構簡單，性能良好，是一種非常合適的光譜儀微型化的解決方案，而 且光路調節簡單，成本低，適合批量生產。如圖2所示，為本專利技術微型拉曼光譜儀中分光光路模塊2的一種具體實施方式，該分光光路模塊2集成有入射狹縫201、凹面全息反射光柵202和CXD探測器203，該CXD探 測器203位于凹面全息反射光柵202的焦平面上；入射狹縫201與CXD探測器203分別處 于分光光路的共軛面上。本實施例中，根據具體的光路結構設計有一機械模具204,直接將 入射狹縫201、凹面全息反射光柵202和CXD探測器203固定到該機械模具204的相應位 置，該結構的光譜儀調節簡單，有利于提高系統的可靠性，適合批量化生產。在光譜儀中，信 號光通過入射狹縫201照射到凹面全息反射光柵202上，經過凹面全息反射光柵202的色 散和聚光作用后，被處于凹面全息反射光柵202的焦平面上的CCD探測器203接收。入射 狹縫201和CCD探測器203為關于分光系統的一對共軛面。由于凹面全息反射光柵202同 時具有衍射分光和聚焦成像的作用，在整個光路系統中只使用了這一個光學元件，這對于 減少系統的雜散光非常有利，并且光路結構簡單，提高了微型拉曼光譜儀的性能。為了使系統進一步微型化，還可以在光路中加入一反射鏡，對凹面全息反射光柵 202聚焦成像的光路進行折疊，使結構更加緊湊，進一步縮小分光系統的體積。如圖3所示，為本專利技術微型拉曼光譜儀中分光光路模塊2的另一種具體實施方式， 同樣集成有入射狹縫211、凹面全息反射光柵212和CXD探測器214，還加入一反射鏡213對 成像光路進行折疊，進一步縮小分光系統的體積；該CCD探測器214位于凹面全息反射光柵 212的焦平面上；入射狹縫211與CCD探測器214分別處于分光光路的共軛面上。本實施例 中，將入射狹縫211、凹面全息反射光柵212和反射鏡213加工在一棱鏡結構215上，將CXD 探測器214貼在凹面全息反射光柵212的焦本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種微型拉曼光譜儀，包括探頭光路模塊、分光光路模塊和電子控制部分，其特征在于：所述探頭光路模塊為一集成有激光器的準直濾波系統；所述分光光路模塊集成有入射狹縫、凹面全息反射光柵和CCD探測器，所述CCD探測器位于凹面全息反射光柵的焦平面上；所述入射狹縫與CCD探測器分別處于分光光路的共軛面上。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：林志強，吳礪，林磊，李俊梅，代會娜，任策，劉鴻飛，
申請(專利權)人：福州高意光學有限公司，
類型：發明
國別省市：