一种基于衍射光学元件的多焦点式拉曼光谱采集仪制造技术

本发明专利技术公开了一种基于衍射光学元件的多焦点式拉曼光谱采集仪，本发明专利技术有效解决了较高入射光强度对拉曼信号采集的影响这一技术难题，并可进一步提高拉曼光谱的采集效率，实现显微拉曼测量。通过在拉曼光谱仪中引入衍射光学元件，可使聚焦在待测样品上的光斑能量分散，降低聚焦高强度光斑对待测样品的损坏，可扩大拉曼光谱的应用领域；同时可有效扩大聚焦光斑的数目，提高拉曼光谱的采集效率，实现高速显微拉曼。本发明专利技术涉及的多焦点拉曼光谱采集仪，在对激光强度敏感体系的研究上具有广阔的前景。

A multi focus Raman spectrum acquisition instrument based on diffractive optical elements

The invention discloses a multi focus Raman spectrum acquisition instrument based on a diffractive optical element, the invention effectively solves the technical problems of high incident light intensity of the Raman signal acquisition, and can further improve the spectra acquisition efficiency, realize micro Raman measurement. Through the introduction of diffractive optical elements in Raman spectrometer, the focus on the measured beam energy on the sample dispersion, reduce the high intensity focused spot to damage the sample, can expand the field of application of Raman spectrum; at the same time can effectively expand the number of focal spot, improve the Raman spectrum collection efficiency, realize high speed micro raman. The invention relates to a multi focus Raman spectrum acquisition instrument, which has broad prospect in the research of the laser intensity sensitive system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于衍射光学元件的多焦点式拉曼光谱采集仪
本专利技术涉及拉曼光谱采集
，尤其涉及一种基于衍射光学元件的多焦点式拉曼光谱采集仪。
技术介绍
拉曼散射效应首先由印度科学家C.V.拉曼于1928年发现。随着激光器的出现和改进，以及弱光检测技术的提升，基于拉曼散射效应的拉曼光谱检测技术得以发展。从此，拉曼光谱技术在物理、化学、生物、以及医学等研究领域上有了广泛的应用。但是，目前常用的拉曼光谱采集仪存在着以下两个缺点：第一、拉曼信号需要较强的激光作为激励，而得到的拉曼信号却十分微弱，而高功率的激光会损伤吸光材料，例如：黑色塑料拉曼光谱的测量就目前拉曼光谱应用的一个难点；第二、拉曼信号较弱，所以采集时需要较长的积分时间，这导致拉曼光谱的采集效率较慢，对一个样品进行扫描式测量时会消耗大量的时间。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于衍射光学元件的多焦点式拉曼光谱采集仪，本专利技术通过在传统拉曼光谱采集仪中引入衍射光学元件，可使聚焦在待测样品上的光斑能量分散，降低聚焦高强度光斑对待测样品的损坏，详见下文描述：一种基于衍射光学元件的多焦点式拉曼光谱采集仪，所述多焦点式拉曼光谱采集仪主要具有两种功能：低入射光功率拉曼光谱检测、以及高速显微拉曼测量；所述多焦点式拉曼光谱采集仪可以将一个汇聚光斑分散成多个聚焦光斑，并根据采集信号目的的不同，后期采用不同的信号处理方式；根据待测样品和采样要求的不同选择不同强度的输入激光，选取参数匹配的衍射光学元件与光纤进行拉曼信号的采集，即以矩形的形式在待测样品表面采集信号，再以线形的形式将待测样品的拉曼信号输入CCD型光谱仪。所述根据采集信号目的的不同，后期采用不同的信号处理方式具体为：实现低光功率拉曼光谱检测时，即想要降低聚焦高强度光斑对待测样品的损坏，将采集得到的n组拉曼信号进行叠加，最终得到一组信号，即为待测样品的拉曼信号；实现高速显微拉曼测量时，则一次测量就可以得到待测样品表面上不同位置的n组拉曼信号，再进行平面扫描并多次测量光谱，从而得到待测样品感兴趣区域的显微拉曼信号。所述多焦点式拉曼光谱采集仪包括：激光器，激光器发出的激光过第一汇聚透镜、针孔、第二汇聚透镜变成较宽的平行激光束照射衍射光学元件上；入射激光通过衍射光学元件和第三汇聚透镜进行分束汇聚，再经过第四汇聚透镜和显微镜头的光路调整，最后光斑照射在待测样品上；激发出的拉曼信号沿光路返回，经过分束镜反射，再经过第五汇聚透镜汇聚，拉曼信号照射在光纤输入端，不同位置的拉曼信号沿光纤中不同的纤芯进行传导，光纤的输出端为线形排布，即输出的拉曼信号以线形照射进CCD型光谱仪；在光谱测量过程中，可以通过对横纵轴方向扫描器的调节，来完成光斑在待测样品表面的移动，从而在不移动待测样品的条件下，完成对待测样品表面不同位置拉曼信号的测量。本专利技术提供的技术方案的有益效果是：通过在拉曼光谱采集仪中引入衍射光学元件，可使聚焦在待测样品上的光斑能量分散，降低聚焦高强度光斑对待测样品的损坏，可扩大拉曼光谱的应用领域；同时可有效扩大聚焦光斑的数目，提高拉曼光谱的采集效率，进行高速显微拉曼测量。附图说明图1是本专利技术提供的基于衍射光学元件的多焦点式拉曼光谱采集仪的结构简图；其中，1是激光器；2是第一汇聚透镜；3是针孔；4是第二汇聚透镜；5是衍射光学元件；6是第三汇聚透镜；7是分束镜；8是横纵轴方向扫描器；9是第四汇聚透镜；10是显微镜头；11是待测样品；12是第五汇聚透镜；13是光纤；14是CCD型光谱仪。图2是待测样品11上光斑投影的示意图；其中，黑点代表在样品上的汇聚光斑。图3是光纤13的示意图。其中，A面是输入端；B面是输出端；每一个黑点代表一束光纤。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。实施例1一种基于衍射光学元件的多焦点式拉曼光谱采集仪，参见图1，该多焦点式拉曼光谱采集仪主要具有两种功能：低入射光功率拉曼光谱检测、以及高速显微拉曼测量。其中，仪器光路简图如图1所示，对比普通拉曼光谱采集仪，可以将一个汇聚光斑分散成多个聚焦光斑，并根据采集信号目的的不同，后期采用不同的信号处理方式。按照图1所示搭建采集仪，根据待测样品11和采样要求的不同选择不同强度的输入激光，选取参数匹配的衍射光学元件5与光纤13进行拉曼信号的采集，即以矩形的形式在待测样品11表面采集信号，再以线形的形式将待测样品11的拉曼信号输入CCD型光谱仪14。本专利技术实施例在实现不同功能时选用不同的算法。1、实现低光功率拉曼光谱检测时，即想要降低聚焦高强度光斑对待测样品11的损坏，将采集得到的n组拉曼信号进行叠加，最终得到一组信号，即为待测样品11的拉曼信号；2、实现高速显微拉曼测量时，则一次测量就可以得到待测样品11表面上不同位置的n组拉曼信号，再进行平面扫描并多次测量光谱，从而得到待测样品11感兴趣区域的显微拉曼信号。综上所述，本专利技术实施例通过在传统拉曼光谱采集仪中引入衍射光学元件5，可使聚焦在待测样品11上的光斑能量分散，降低聚焦高强度光斑对待测样品11的损坏。实施例2下面结合图1、图2和图3对实施例1中的方案进行进一步地介绍，详见下文描述：对比普通拉曼光谱采集仪，有着降低聚焦高强度光斑对待测样品11的损坏、以及提高拉曼光谱的采集效率这两个优点，具体实施方式如下：本专利技术实施例仪器光路简图如图1所示。首先，选择频率合适的激光器1，发出的激光过第一汇聚透镜2、针孔3、第二汇聚透镜4变成较宽的平行激光束照射衍射光学元件5上。入射激光通过衍射光学元件5和第三汇聚透镜6进行分束汇聚，再经过第四汇聚透镜9和显微镜头10的光路调整，最后光斑以图2形式照射在待测样品11上。激发出的拉曼信号沿光路返回，经过分束镜7反射，再经过第五汇聚透镜12汇聚，拉曼信号以同图2的分布形式照射在光纤输入端，设计匹配的光纤13的接头如图3所示，不同位置的拉曼信号沿光纤13中不同的纤芯进行传导，光纤13的输出端为线形排布，即输出的拉曼信号以线形照射进CCD型光谱仪14中。在光谱测量过程中，可以通过对横纵轴方向扫描器8的调节，来完成光斑在待测样品11表面的移动，从而在不移动待测样品11的条件下，完成对待测样品11表面不同位置拉曼信号的测量。本专利技术实施例根据选取的功能不同，采用不同的信号处理方式。1、假设本专利技术实施例选用特定的衍射光学元件5，可以将汇聚到一点的汇聚光束分散汇聚，即按设计汇聚到平面n个不同的点上，也就是说可以采集得到n组待测样品11上不同位置的拉曼信号。2、实现低入射光功率拉曼光谱检测时，即想要降低聚焦高强度光斑对待测样品11的损坏，可以降低入射激光强度直到安全范围，即此时的激光强度不会损坏待测样品11，将采集得到的n组拉曼信号进行叠加，最终得到一组信号，即为待测样品11的拉曼信号。3、实现高速显微拉曼测量时，则使用正常强度的入射激光，一次测量就可以得到待测样品11表面上不同位置的n组拉曼信号，再设定采集拉曼信号的范围与步长，依照参数对待测样品11平面进行扫描与拉曼信号的采集，从而得到待测样品11感兴趣区域的显微拉曼信号。综上所述，本专利技术实施例通过在传统拉曼光谱采集仪中引入衍射光学元件5，可使聚焦在待测样品11上的光斑能量分散，降低聚焦高强度光斑对待测样品本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于衍射光学元件的多焦点式拉曼光谱采集仪，其特征在于，所述多焦点式拉曼光谱采集仪主要具有两种功能：低入射光功率拉曼光谱检测、以及高速显微拉曼测量；所述多焦点式拉曼光谱采集仪可以将一个汇聚光斑分散成多个聚焦光斑，并根据采集信号目的的不同，后期采用不同的信号处理方式；根据待测样品和采样要求的不同选择不同强度的输入激光，选取参数匹配的衍射光学元件与光纤进行拉曼信号的采集，即以矩形的形式在待测样品表面采集信号，再以线形的形式将待测样品的拉曼信号输入CCD型光谱仪。

【技术特征摘要】
1.一种基于衍射光学元件的多焦点式拉曼光谱采集仪，其特征在于，所述多焦点式拉曼光谱采集仪主要具有两种功能：低入射光功率拉曼光谱检测、以及高速显微拉曼测量；所述多焦点式拉曼光谱采集仪可以将一个汇聚光斑分散成多个聚焦光斑，并根据采集信号目的的不同，后期采用不同的信号处理方式；根据待测样品和采样要求的不同选择不同强度的输入激光，选取参数匹配的衍射光学元件与光纤进行拉曼信号的采集，即以矩形的形式在待测样品表面采集信号，再以线形的形式将待测样品的拉曼信号输入CCD型光谱仪。2.根据权利要求1所述的一种基于衍射光学元件的多焦点式拉曼光谱采集仪，其特征在于，所述根据采集信号目的的不同，后期采用不同的信号处理方式具体为：实现低光功率拉曼光谱检测时，即想要降低聚焦高强度光斑对待测样品的损坏，将采集得到的n组拉曼信号进行叠加，最终得到一组信号，即为待测样品的拉曼信号；实现高速显微拉曼测量时，则一次测量就可以得到待...

【专利技术属性】
技术研发人员：马翔云，王慧捷，王洋，陈达，李奇峰，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12