一种中阶梯光栅型空间外差拉曼光谱仪光路结构制造技术

本发明专利技术涉及拉曼光谱仪领域，具体公开一种中阶梯光栅型空间外差拉曼光谱仪光路结构。发明专利技术采用两个所述中阶梯光栅(或一个所述中阶梯光栅和一个所述平面反射镜)产生空间外差干涉作用来实现空间外差型拉曼光谱测量，从而避免了传统傅里叶变换拉曼光谱仪中一般存在运动部件导致的测量效率低、分辨率低和视场展宽角度小的问题；所述中阶梯光栅的使用级次N大于1，在保持本发明专利技术所述光路的拉曼光谱总测量波段范围不变的情况下，所述中阶梯光栅的使用级次N越多，则本发明专利技术的光路结构的拉曼光谱分辨率越高,且既可以测量样品的背向散射拉曼光谱，也可以测量样品的透射拉曼光谱。

Optical path structure of echelon grating spatial heterodyne Raman spectrometer

The invention relates to the field of Raman spectrometer, in particular to a medium step grating type spatial heterodyne Raman spectrometer optical path structure. It is invented that the spatial heterodyne Raman spectroscopy measurement is realized by using two middle-step gratings (or one middle-step grating and one plane mirror) to produce spatial heterodyne interference, thus avoiding the low measurement efficiency, low resolution and visibility caused by the general existence of moving parts in the traditional Fourier transform Raman spectrometer. The use order N of the medium step grating is greater than 1, and the more the use order N of the medium step grating is, the higher the Raman spectral resolution of the light path structure of the invention and the back of the sample can be measured. Raman spectra of samples can also be used to measure the transmission Raman spectra of samples.

【技术实现步骤摘要】
一种中阶梯光栅型空间外差拉曼光谱仪光路结构
本专利技术涉及拉曼光谱仪领域，特别涉及一种中阶梯光栅型空间外差拉曼光谱仪光路结构。
技术介绍
分子中的每一个化学键都有一个特征振动能量，拉曼光谱正是利用分子键的非弹性散射进行测量。每一个拉曼峰就对应一个分子键，因此拉曼光谱被称为“分子指纹”光谱，通过拉曼光谱测量，可以探测生物样品的化学键、蛋白质、脂类和其它存在于组织中的生物分子，低水平的病毒和细菌，不同类型和种类的病原菌，甚至一个单一的细胞等大量信息。拉曼光谱不仅可获得生物样品的鉴别、组成、结构和构象等信息，而且能够分析大分子损伤以及大分子之间的相互作用等。傅立叶变换拉曼光谱仪利用迈克耳逊干涉仪产生干涉谱图进而获得拉曼光谱。迈克耳逊干涉仪的光路主要由分束镜和两个平面反射镜组成，其中一个平面反射镜静止不动，另一个平面反射镜前后不断运动，从而形成干涉光程差。由于在光路中一般存在运动部件，导致不能在同一时刻完成全谱段拉曼光谱的测量，而且由于其核心光路采用了迈克耳逊干涉仪结构，导致傅立叶变换拉曼光谱仪存在测量效率低、仪器结构不紧凑、仪器视场展宽能力有限等问题。为了克服上述缺点，设计一种新的中阶梯光栅型空间外差拉曼光谱仪光路结构。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了提供一种结构紧凑、无运动部件、仪器视场展宽能力强、光谱分辨率高的中阶梯光栅型空间外差拉曼光谱仪光路结构。本专利技术实施例中提供一种中阶梯光栅型空间外差拉曼光谱仪光路结构，其包括：激光窄带通滤光片、二向色镜、准直镜组、干涉仪组件、色散棱镜、成像镜组以及面阵探测器，所述准直镜组位于所述二向色镜的前方，所述激光窄带通滤光片位于所述二向色镜的上方；所述干涉仪组件包括一个分束镜和两个干涉臂，两个所述干涉臂分别位于所述分束镜的后方、上方，两个所述干涉臂包括两个视场棱镜以及至少一个中阶梯光栅，所述中阶梯光栅的刻线方向与Z轴平行，所述中阶梯光栅的使用级次N大于1，总测量的波段范围为所述中阶梯光栅的使用级次N和所述中阶梯光栅的每个级次的测量波段范围的乘积；所述色散棱镜位于所述分束镜的下方，所述色散棱镜用于将所述中阶梯光栅的不同衍射级次的拉曼光同时色散在所述面阵探测器的不同位置；一激光器发出的激光首先经过所述激光窄带通滤光片，再经由所述二向色镜反射后，经过所述准直镜组聚焦到一被测物体上；被测物体发出的光返回经过所述准直镜组准直后变成平行光，平行光进入所述干涉仪组件，平行光先经过所述分束镜被分成互相垂直的两束平行光，再经过两个所述干涉臂并返回，然后互相垂直的两束平行光再经过所述分束镜合束后形成空间外差干涉光，空间外差干涉光入射至所述色散棱镜和所述成像镜组，再由所述面阵探测器对空间外差干涉光进行探测。可选地，两个所述干涉臂包括两个所述中阶梯光栅，两个所述中阶梯光栅分别位于所述分束镜的后方、上方，所述视场棱镜位于所述分束镜与所述中阶梯光栅之间，从而使得两个所述干涉臂的结构参数完全相同。可选地，两个所述中阶梯光栅的参数完全相同。可选地，两个所述干涉臂包括一个所述中阶梯光栅以及一个平面反射镜，其中一个所述干涉臂由一个所述视场棱镜和一个所述中阶梯光栅组成，而另一个所述干涉臂由一个所述视场棱镜和一个所述平面反射镜组成。可选地，所述色散棱镜在XOZ坐标平面内的投影呈三角形。可选地，所述准直镜组和所述成像镜组二者其中至少有一个镜片为非球面镜。可选地，还包括拉曼滤光片以及短波通滤光片，所述短波通滤光片位于所述干涉仪组件的前方，所述拉曼滤光片位于所述短波通滤光片的前方，所述二向色镜位于所述拉曼滤光片的前方。从以上技术方案可以看出，本专利技术实施例具有以下优点：1、本专利技术采用两个所述中阶梯光栅(或一个所述中阶梯光栅和一个所述平面反射镜)产生空间外差干涉作用来实现空间外差型拉曼光谱测量，从而避免了传统傅里叶变换拉曼光谱仪中一般存在运动部件导致的测量效率低、分辨率低和视场展宽角度小的问题。2、所述中阶梯光栅的使用级次N大于1，在保持本专利技术所述光路的拉曼光谱总测量波段范围不变的情况下，所述中阶梯光栅的使用级次N越多，则本专利技术的光路结构的拉曼光谱分辨率越高。3、所述短波通滤光片的作用是为了滤除拉曼测量波段之上的杂散光的干扰，所述视场棱镜的作用是实现入射拉曼光的视场展宽；所述色散棱镜的作用是使得所述中阶梯光栅的不同衍射级次的拉曼光被色散在面阵探测器的不同位置，从而避免中阶梯光栅不同级次在所述面阵探测器上产生级次混叠。附图说明图1为本专利技术的中阶梯光栅型空间外差拉曼光谱仪光路结构的示意图；图2是本专利技术的色散棱镜的空间位置关系示意图；图3是本专利技术中由中阶梯光栅的不同级次产生的空间外差干涉光在面阵探测器的位置关系图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。请参看图1，为本专利技术的中阶梯光栅型空间外差拉曼光谱仪光路结构，其既可以测量样品的背向散射拉曼光谱，也可以测量样品的透射拉曼光。中阶梯光栅型空间外差拉曼光谱仪光路结构包括：激光窄带通滤光片2、二向色镜3、准直镜组4、拉曼滤光片5、短波通滤光片6、干涉仪组件7、色散棱镜8、成像镜组9以及面阵探测器10，所述短波通滤光片6位于所述干涉仪组件7的前方，所述拉曼滤光片5位于所述短波通滤光片6的前方，所述二向色镜3位于所述拉曼滤光片5的前方，所述准直镜组4位于所述二向色镜3的前方，所述激光窄带通滤光片2位于所述二向色镜3的上方，所述色散棱镜8位于所述干涉仪组件7的下方，所述成像镜组9位于所述色散棱镜8的下方，所述面阵探测器10位于所述成像镜组9的下方。所述成像镜组9可以为所述成像透镜组或者可以为所述成像反射镜组。所述准直镜组4可以为准直透镜组或者可以为准直反射镜组。在其中一个实施例中，所述干涉仪组件7包括一个分束镜701和两个干涉臂，两个所述干涉臂分别位于所述分束镜701的后方、上方，两个所述干涉臂包括两个视场棱镜702、704以及至少一个中阶梯光栅703，所述中阶梯光栅703的刻线方向与Z轴平行。在其中一个实施例中，两个所述干涉臂包括两个所述中阶梯光栅703、705，两个所述中阶梯光栅703、705分别位于所述分束镜701的后方、上方，所述视场棱镜702、704位于所述分束镜701与所述中阶梯光栅703、705之间，从而使得两个所述干涉臂的结构参数完全相同。两个所述中阶梯光栅703、705的参数完全相同，两个所述中阶梯光栅703、705的刻线密度均为79line/mm，且在532nm波长下的litrrow入射角为20.9度。两个所述中阶梯光栅703、705的有效使用面积为6mm×6mm。在其中一个实施例中，所述中阶梯光栅703、705的使用级次N大于1，总测量的波段范围为所述中阶梯光栅703、705的使用级次N和所述中阶梯光栅703、705的每个级次的测量波段范围的乘积。在其中一个实施例中，所述中阶梯光栅703、705的使用级次N大于1，总测量的波段范围为所述中阶梯光栅703、705的使用级次本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中阶梯光栅型空间外差拉曼光谱仪光路结构，其特征在于，包括：激光窄带通滤光片、二向色镜、准直镜组、干涉仪组件、色散棱镜、成像镜组以及面阵探测器，所述准直镜组位于所述二向色镜的前方，所述激光窄带通滤光片位于所述二向色镜的上方；所述干涉仪组件包括一个分束镜和两个干涉臂，两个所述干涉臂分别位于所述分束镜的后方、上方，两个所述干涉臂包括两个视场棱镜以及至少一个中阶梯光栅，所述中阶梯光栅的刻线方向与Z轴平行；所述色散棱镜位于所述分束镜的下方，所述色散棱镜用于将所述中阶梯光栅的不同衍射级次的拉曼光同时色散在所述面阵探测器的不同位置，所述中阶梯光栅的使用级次N大于1，总测量的波段范围为所述中阶梯光栅的使用级次N和所述中阶梯光栅的每个级次的测量波段范围的乘积；一激光器发出的激光首先经过所述激光窄带通滤光片，再经由所述二向色镜反射后，经过所述准直镜组聚焦到一被测物体上；被测物体发出的光返回经过所述准直镜组准直后变成平行光，进入所述干涉仪组件，平行光先经过所述分束镜被分成互相垂直的两束平行光，再经过两个所述干涉臂并返回，然后互相垂直的两束平行光再经过所述分束镜合束后形成空间外差干涉光，空间外差干涉光入射至所述色散棱镜和所述成像镜组，再由所述面阵探测器对空间外差干涉光进行探测。...

【技术特征摘要】
1.一种中阶梯光栅型空间外差拉曼光谱仪光路结构，其特征在于，包括：激光窄带通滤光片、二向色镜、准直镜组、干涉仪组件、色散棱镜、成像镜组以及面阵探测器，所述准直镜组位于所述二向色镜的前方，所述激光窄带通滤光片位于所述二向色镜的上方；所述干涉仪组件包括一个分束镜和两个干涉臂，两个所述干涉臂分别位于所述分束镜的后方、上方，两个所述干涉臂包括两个视场棱镜以及至少一个中阶梯光栅，所述中阶梯光栅的刻线方向与Z轴平行；所述色散棱镜位于所述分束镜的下方，所述色散棱镜用于将所述中阶梯光栅的不同衍射级次的拉曼光同时色散在所述面阵探测器的不同位置，所述中阶梯光栅的使用级次N大于1，总测量的波段范围为所述中阶梯光栅的使用级次N和所述中阶梯光栅的每个级次的测量波段范围的乘积；一激光器发出的激光首先经过所述激光窄带通滤光片，再经由所述二向色镜反射后，经过所述准直镜组聚焦到一被测物体上；被测物体发出的光返回经过所述准直镜组准直后变成平行光，进入所述干涉仪组件，平行光先经过所述分束镜被分成互相垂直的两束平行光，再经过两个所述干涉臂并返回，然后互相垂直的两束平行光再经过所述分束镜合束后形成空间外差干涉光，空间外差干涉光入射至所述色散棱镜和所述成像镜组，再由所述面阵探测器对空间外差干涉光进行探测。2.如权利要求1所述的中阶梯光栅型空间外差拉曼光谱仪光路结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓天，马振予，齐向东，唐玉国，邱俊，吉日嘎兰图，糜小涛，张善文，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22