一种拉曼光谱仪制造技术

本发明专利技术涉及一种拉曼光谱仪，可以对样品进行准确的定性和半定量的分析。拉曼光谱仪包括激光器，拉曼信号采集装置，透射型光栅光谱仪，等离子滤光片，激光衰减片，底板，所有部件均固定于底板上。激光器，拉曼信号采集装置和透射型光栅光谱仪固定在地板上，拉曼光谱仪采用透射式共轴光路设计，可以实现共聚焦测量。具有通光效率高，光谱分辨率好，稳定性好等优点。本发明专利技术可以适用于多种激发光源，包括紫外、可见、近红外等。

【技术实现步骤摘要】
一种拉曼光谱仪
本专利技术涉及一种拉曼光谱仪，作为一种分析仪器，可以通过采集样品的拉曼光谱对物质的成份进行分析。
技术介绍
拉曼光谱被称为分子指纹谱，可以对样品进行快速、准确的分析。拉曼光谱应用广泛，可以应用于食品，安全，物证，矿物，环境，化学，材料，生物，海洋等多个领域。样品种类包括固体、粉末、液体、气体、界面、胶体等多种形态。当前，拉曼光谱的重要性逐渐被大家认识，其应用也越来越广泛。 拉曼光谱的原理是:一个光子与一个分子发生相互作用，如果分子吸收光子的能量从振动或者转动状态的低能级跃迁到高能级，那么根据能量守恒定律，光子损失的能量和分子的振动或者转动的能级跃迁需要的能量相等，光子损失能量后振动频率发生变化，通过拉曼光谱仪记录光子频率发生的变化规律，即为拉曼光谱。 拉曼光谱是一种非常弱的信号，其强度小于激发光源强度的10_8，为了得到质量好的拉曼光谱，要求拉曼光谱仪收集拉曼光谱效率和传输拉曼光谱效率高，背景噪音低和干扰信号少。 目前市场上有三种类型的拉曼光谱仪:一种是三级拉曼光谱仪(专利号98113710.5)，使用反射椭球镜或者透镜采集拉曼信号，前两级光谱仪采用相加或者相减模式滤除瑞利散射等产生的杂散光的干扰，最后一级光谱仪进行拉曼光谱的记录和输出。三级拉曼光谱仪适用范围广，可以使用多种激发光源进行激发而不需要更换光学元件，适用于深紫外，紫外，可见，近红外等多种波段的激发光源，尤其在紫外区采用反射椭球镜(专利号98113709.1)收集拉曼信号，可以提高采集效率，消除色差的影响。但是三光栅拉曼光谱仪也具有体积大，拉曼信号传输效率低，调试和维护困难等缺点。第二种是实验室用的共聚焦拉曼光谱仪，采用显微镜采集拉曼信号，用滤光片滤除杂散光的干扰，可以实现共聚焦测量，具有体积较小，采集和传输效率高等优点，但是采集用的显微镜体积较大，成本高，共聚焦拉曼光谱仪重量较大，对环境要求高，不方便携带。第三种是光纤拉曼光谱仪，采用光纤来收集拉曼信号，采用拉曼滤光片滤除杂散光，具有体积小，便于携带，可远程测量等优点。但是光纤传输效率低，不适用于紫外波段，无法实现共聚焦功能。
技术实现思路
本专利技术提供一种拉曼光谱仪，包括激光器，固定底板、拉曼信号采集装置和透射式光栅光谱仪，拉曼信号采集装置和透射式光栅光谱仪均固定于底板上； 拉曼信号采集装置包括二端开口的中空筒状容器，于筒状容器的二个开口端分别设有物镜、聚焦透镜，物镜和聚焦透镜同光轴设置，于物镜和聚焦透镜间的筒状容器内设有滤光片；于筒状容器的侧壁面上开设有通孔，作为入光孔，激光器发出的激发光通过入光孔进入筒状容器内，经设有于筒状容器内的反射镜反射至滤光片表面，再由滤光片反射至物镜，由物镜聚焦到待测样品上，由待测样品散射的拉曼信号、瑞利信号和反射的激发光均经过物镜收集和滤光片滤光，反射的光和散射的瑞利信号被滤除，拉曼信号透过滤光片到达聚焦透镜聚焦； 透射式光栅光谱仪包括入射狭缝，准直透镜，光栅，聚焦透镜，反射镜，光电转换装置，壳体，其特征是:于壳体的侧壁上设有贯通侧壁面的狭缝，作为入射狭缝，光经过入射狭缝进入光谱仪的壳体内，成为以入射狭缝为辐射中心的发散光，发散光经过焦平面在狭缝处的准直透镜成为平行光到达光栅衍射面，经过光栅衍射，不同波长的光衍射向不同的方向，衍射光经过聚焦透镜聚焦后再经反射镜调整光路反射聚焦至光电转换装置的光感元件上，形成拉曼光谱进行记录和/或输出。 技术方案:激光器和拉曼信号采集装置之间可以安装等离子滤光片、激光衰减片且激光器、等离子滤光片和激光衰减片均安装于固定底板上； 激光器发出的光通过拉曼信号采集装置的入光孔进入拉曼信号采集装置的筒状容器内； 拉曼信号采集装置的滤光片的几何中心处于物镜和聚焦透镜的光轴； 拉曼信号采集装置中，滤光片的光轴与物镜和聚焦透镜的光轴间的夹角小于10度； 拉曼信号采集装置的反射镜将激发光反射到滤光片的中心，且反射镜不在物镜和聚焦透镜的光轴上，不影响物镜和滤光片之间光的传输； 拉曼信号采集装置的滤光片将反射镜反射来的激光沿物镜的光轴反射到物镜； 拉曼信号采集装置中，可在滤光片和聚焦透镜之间增加设置有第二滤光片来优化瑞利信号和反射光的滤除效果，滤光片光轴角度与聚焦透镜的光轴夹角小于度。 透射式光栅光谱仪的准直透镜放置在以入射狭缝为焦平面的位置且入射狭缝中心在准直透镜的光轴上； 透射式光栅光谱仪的光栅放置位置应使其刻线方向与入射平行光的光轴垂直，且与入射狭缝的狭缝方向平行，且放置的角度应使入射平行光的衍射效率达到最佳； 透射式光栅光谱仪，聚焦透镜放置的位置应使其光轴与光栅刻线方向垂直，且其焦点与被衍射光在光栅衍射面的中心重合； 透射式光栅光谱仪，反射镜和光电转换装置放置的位置和角度，应使经过聚焦透镜聚焦的不同波长的光均聚焦在光电转换装置的光电感应元件表面； 透射式光栅光谱仪，光电转换装置固定于壳体的侧壁上保持稳定；透射式光栅光谱仪使用密闭的避光外壳来阻止杂散光进入；准直透镜放置在以入射狭缝为焦平面的位置； [0021 ] 透射式光栅光谱仪，光电转换装置为电荷耦合器件或光电倍增管。若为电荷耦合器件，则光电转换装置的放置方向应使光电感应元件的像素排列方向与光栅刻线方向垂直或平行。 拉曼信号采集装置的物镜和聚焦透镜与所述的透射式光栅光谱仪的准直透镜的光轴重合。 有益效果:采用背散射方式采集拉曼信号，采集效率高；激光器，小型多功能拉曼信号采集装置，透射式光栅光谱仪，等离子滤光片，激光衰减片固定于同一个底板上，稳定性好；小型多功能拉曼信号采集装置和透射式光栅光谱仪固定在一起，采用透射式共轴光路设计，达到共聚焦的效果；透镜采用消色差透镜组，减少色差和像散的影响，提高光谱分辨率；适用于固定激发波长的拉曼光谱测试，包括紫外，可见，近红外波段的拉曼光谱的测试。 【附图说明】 下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。 图1是本专利技术的结构原理图。 图2是本专利技术的结构示意图。 图3是本专利技术中的拉曼信号采集装置的结构示意图。 图4是本专利技术中的透射式光栅光谱仪的结构示意图 图5是本专利技术的具体应用实例:金刚石的拉曼光谱图。 图中1.激光器，2.等离子滤光片，3.激光功率衰减片，4.入光孔，5.拉曼信号采集装置，6.物镜，7.样品，8.入射狭缝，9.透射式光栅光谱仪，10.(XD，11.固定底板。 图3中4.入光孔，5-2.小反射镜，5-3.滤光片，6.物镜，5-5.聚焦透镜，5-6.装置外壳，7.样品。 图4中8.入射狭缝，9-2.准直透镜，9_3.光栅，9_4.聚焦透镜，9_5.反射镜，9_6.光电转换装置，9-7.光电转换装置感应芯片，9-8.狭缝固定立板，10.(XD，9-10.壳体。 【具体实施方式】 在图1中，一种拉曼光谱仪，包括激光器1，等离子滤光片2，激光功率衰减片3，入光孔4，拉曼信号采集装置5，物镜6，样品7，入射狭缝8，透射式光栅光谱仪9，CCD10，固定底板11。激光器I，等离子滤光片2，激光功率衰减片3，拉曼信号采集装置5，透射式光栅光谱仪9均固定在底板上。 在图3中，拉曼信号采集装置5，包括二端开口的中空筒状容器5-6，于筒状容器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种拉曼光谱仪，包括激光器（1），固定底板（11）、拉曼信号采集装置（5）和透射式光栅光谱仪（9），其特征是：所述拉曼信号采集装置（5）和透射式光栅光谱仪（9）均固定于固定底板上； 所述拉曼信号采集装置（5）包括二端开口的中空筒状容器（5‑6），于筒状容器（5‑6）的二个开口端分别设有物镜（6）、聚焦透镜（5‑5），物镜（6）和聚焦透镜（5‑5）同光轴设置，于物镜（6）和聚焦透镜（5‑5）间的筒状容器（5‑6）内设有滤光片（5‑3）；于筒状容器（5‑6）的侧壁面上开设有通孔，作为入光孔（4），激光器（1）发出的激发光通过入光孔（4）进入筒状容器（5‑6）内，经设有于筒状容器（5‑6）内的反射镜（5‑2）反射至滤光片（5‑3）表面，再由滤光片（5‑3）反射至物镜（6），由物镜（6）聚焦到待测样品（7）上，由待测样品（7）散射的拉曼信号、瑞利信号和反射的激发光均经过物镜（6）收集和滤光片（5‑3）滤光，反射的光和散射的瑞利信号被滤除，拉曼信号透过滤光片（5‑3）到达聚焦透镜（5‑5）聚焦； 所述透射式光栅光谱仪（9）包括入射狭缝（8），准直透镜（9‑2），光栅（9‑3），聚焦透镜（9‑4），反射镜（9‑5），光电转换装置（9‑6），壳体（9‑10）；于壳体（9‑10）的侧壁上设有贯通侧壁面的狭缝，作为入射狭缝（8），拉曼信号采集装置（5）上聚焦透镜（5‑5）一侧的外部设有透射式光栅光谱仪（9），聚焦透镜（5‑5）将拉曼信号聚焦的光经过入射狭缝（8）进入光谱仪的壳体（9‑10）内，成为以入射狭缝（8）为辐射中心的发散光，发散光经过焦平面在入射狭缝 （8）处的准直透镜（9‑2）成为平行光到达光栅（9‑3）衍射面，经过光栅（9‑3）衍射，不同波长的光衍射向不同的方向，衍射光经过聚焦透镜（9‑4）聚焦后再经反射镜（9‑5）调整光路反射聚焦至光电转换装置（9‑6）的光感元件（9‑7）上，形成拉曼光谱进行记录和/或输出。...

【技术特征摘要】
1.一种拉曼光谱仪，包括激光器(1),固定底板〔10、拉曼信号采集装置(5)和透射式光栅光谱仪(9 )，其特征是:所述拉曼信号采集装置(5)和透射式光栅光谱仪(9)均固定于固定底板上； 所述拉曼信号采集装置(5 )包括二端开口的中空筒状容器(5-6),于筒状容器(5-6 )的二个开口端分别设有物镜同光轴设置，于物镜(6)和聚焦透镜(5-5)间的筒状容器(5-6)内设有滤光片(5-3)；于筒状容器(5-6)的侧壁面上开设有通孔，作为入光孔(4),激光器(1)发出的激发光通过入光孔(4)进入筒状容器(5-6)内，经设有于筒状容器(5-6)内的反射镜(5-2)反射至滤光片(5-3)表面，再由滤光片(5-3)反射至物镜(6),由物镜(6)聚焦到待测样品(7)上，由待测样品(7)散射的拉曼信号、瑞利信号和反射的激发光均经过物镜(6)收集和滤光片(5-3)滤光，反射的光和散射的瑞利信号被滤除，拉曼信号透过滤光片(5-3)到达聚焦透镜(5-5)聚焦； 所述透射式光栅光谱仪(9)包括入射狭缝(8),准直透镜(9-2),光栅(9-3),聚焦透镜(9-4),反射镜(9-5),光电转换装置(9-6),壳体(9-10)；于壳体(9-10)的侧壁上设有贯通侧壁面的狭缝，作为入射狭缝(8),拉曼信号采集装置(5)上聚焦透镜(5-5)—侧的外部设有透射式光栅光谱仪(9 )，聚焦透镜(5-5 )将拉曼信号聚焦的光经过入射狭缝(8 )进入光谱仪的壳体(9-10)内，成为以入射狭缝(8)为辐射中心的发散光，发散光经过焦平面在入射狭缝(8)处的准直透镜(9-2)成为平行光到达光栅(9-3)衍射面，经过光栅(9-3)衍射，不同波长的光衍射向不同的方向，衍射光经过聚焦透镜(9-4)聚焦后再经反射镜(9-5)调整光路反射聚焦至光电转换装置(9-6)的光感元件(9-7)上，形成拉曼光谱进行记录和/或输出。2.根据权利要求1所述的拉曼光谱仪，其特征是:激光器(1)和拉曼信号采集装置(5)之间可以依次安装有等离子滤光片口)、激光衰减片(3):且激光器(丨)、等离子滤光片(2)和激光衰减片(3 )均安装于固定底板(11)上。3.根据权利要求1所述的拉曼光谱仪，其特征是:所述的拉曼信号采集装置(5),滤光片(5-3)的几何中心处于物镜(6)和聚焦透镜(5-5)的光轴； 所述的拉曼信号采集装置(5),滤光片(5-3)将反射镜(5-2)反射来的激光沿物镜(6)的光...

【专利技术属性】
技术研发人员：李灿，黄保坤，冯兆池，李光亚，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21