一种MEMS微型拉曼光谱仪制造技术

本发明专利技术公开了一种MEMS微型拉曼光谱仪，包括采样模块、控制显示模块、MEMS色散模块，本发明专利技术的各个模块的集成程度更高，更容易缩小设备体积，可以做成手持式光谱仪，而且本发明专利技术可以对激光照明系统与拉曼散射光的透镜共光路产生的杂散光进行严格的抑制，本发明专利技术采用嵌入式操作系统完成数据处理功能，可以实现手持式使用，完全脱离电脑而独立工作，本发明专利技术采用采用MEMS技术光栅与可动F‑P腔集成的色散，可以保证在较宽的自由光谱范围的同时，又能够获得较窄的半峰全宽，获得高的光谱分辨率。

A MEMS micro Raman spectrometer

The invention discloses a MEMS micro Raman spectrometer, including sampling module, display module, control module of MEMS dispersion, the degree of integration of each module of the invention is more high, more likely to reduce the volume of the device, can be made into a hand-held spectrometer, and the invention can stray light lens of laser Raman scattering light illumination system and common light path the strict suppression, the invention completes the data processing function of the embedded operating system, can realize the use of hand-held computer, completely out of work independently, the invention adopts MEMS technology and movable grating dispersion cavity P F integrated, can ensure a wide free spectral range at the same time, but also can get half the peak is narrow full width, obtain high spectral resolution.

【技术实现步骤摘要】
一种MEMS微型拉曼光谱仪
本专利技术涉及一种光学检测仪器领域，特别涉及一种MEMS微型拉曼光谱仪。
技术介绍
拉曼光谱反映了分子结构中原子的振动特征，被称为分子的指纹光谱。拉曼检测技术作为一种无与伦比的、有力的分析手段，具有无损测量、检测速度快、制样简单、可实现现场检测等优点，有望应用于现实的生产和生活中。但是，由于拉曼散射的强度很弱，其强度是瑞利散射光强度的10-6～10-3倍，因此，拉曼光谱仪的结构一般比较复杂，并且价格昂贵，动辄百万人民币，这些阻碍了拉曼光谱在实际检测中的应用，拉曼光谱仪器的小型化和简单化将是未来的发展方向。而目前用于现场应急检测的微型拉曼光谱仪，为保证系统的紧凑性，样品的激光照明系统与拉曼散射光的透镜通常共光路，从而不可避免地产生照明光在集光透镜内的多次反射，形成瑞利散射光以外的杂散光，但是拉曼光谱的探测属于弱信号检测，需要对系统中的杂散光严格抑制，另外现有的便携式拉曼光谱仪一般采用便携式电脑完成数据处理的功能，无法脱离电脑独立工作，而且现有的光谱仪由于光栅色散技术固有的分辨率与焦距之间的矛盾，无法保证在较宽的自由光谱范围的同时，又能够获得较窄的半峰全宽。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种MEMS微型拉曼光谱仪，本专利技术的各个模块的集成程度更高，更容易缩小设备体积，可以做成手持式光谱仪，而且本专利技术可以对激光照明系统与拉曼散射光的透镜共光路产生的杂散光进行严格的抑制，本专利技术采用嵌入式操作系统完成数据处理功能，可以实现手持式使用，完全脱离电脑而独立工作，本专利技术采用采用MEMS技术光栅与可动F-P腔集成的色散，可以保证在较宽的自由光谱范围的同时，又能够获得较窄的半峰全宽，获得高的光谱分辨率。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术手段：本专利技术提供一种MEMS微型拉曼光谱仪，包括采样模块、控制显示模块、MEMS色散模块；所述采样模块包括激光器、采样镜头/拉曼探头系统；所述控制显示模块包括数据库单元、嵌入式操作系统/网络连接单元、显示模块；所述MEMS色散模块包括色散模块、光电探测器单元；所述激光器发出的光经过采样镜头/拉曼探头系统，照射在样品上激发拉曼光谱，上述拉曼光谱经过采样镜头/拉曼探头系统收集、滤波后输送到色散模块，再通过色散模块色散后传输到光电探测器单元，得到新拉曼光谱，通过将新拉曼光谱与数据库单元的数据进行比对，在显示模块显示被测物的身份信息；通过所述控制显示模块实现对整机仪器的系统控制和数据交换与处理，数据库单元通过USB接口对外进行数据交换。进一步的，所述激光器采用波长为785nm的窄带激光器作为照明光源，其带宽为0.2nm，光斑尺寸2mm×2mm，光强遵循平均分布。进一步的，所述采样镜头/拉曼探头系统包括透镜(O1)、二向色镜(DSS)、陷波滤光片(NF)、会聚系统(O2)，入射激光经过二向色镜反射(DSS)再经过透镜(O1)聚焦在样品上，照射样品产生的散射光经透镜(O1)收集，并经二向色镜(DSS)、陷波滤光片(NF)滤除其中的瑞丽散射光，得到的拉曼散射光再经过会聚系统(O2)，聚焦到狭缝处。进一步的，所述狭缝宽度为0.05mm，长度为2mm。进一步的，根据杂散光聚焦大小和位置、出射方向、到达狭缝处能量大小，所述采样镜头/拉曼探头系统中设置有黑点板。进一步的，所述色散模块采用MEMS技术光栅与可动F-P腔集成的色散，狭缝处的拉曼散射光通过透镜准直后入射平而光栅，经光栅色散后的-1级衍射光再通过F-P腔进行滤波，F-P腔后设置聚焦透镜，使波长满足条件的光波在CCD形成光谱条纹。本专利技术的有益效果：本专利技术的各个模块的集成程度更高，更容易缩小设备体积，可以做成手持式光谱仪，而且本专利技术可以对激光照明系统与拉曼散射光的透镜共光路产生的杂散光进行严格的抑制，本专利技术采用嵌入式操作系统完成数据处理功能，可以实现手持式使用，完全脱离电脑而独立工作，本专利技术采用采用MEMS技术光栅与可动F-P腔集成的色散，可以保证在较宽的自由光谱范围的同时，又能够获得较窄的半峰全宽，获得高的光谱分辨率。附图说明图1为本专利技术一个实施例的模块框图示意图；图2为本专利技术一个实施例的探头系统示意图；图3为激光在透镜上多次反射的示意图；图4为透射瑞利散射光和透镜上多次反射瑞利光示意图；图5为本专利技术的一个实施例的实际光线经二向色镜的追踪情形；图6为整个探头系统后聚焦光线的分析模型；图7为本专利技术一个实施例的嵌入式操作系统的结构框图；图8为光栅和可动F-P集成的光调制器的光谱分光光路示意图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步说明。实施例1：如图1所示，本实施例提供一种MEMS微型拉曼光谱仪，包括采样模块、控制显示模块、MEMS色散模块；所述采样模块包括激光器、采样镜头/拉曼探头系统；所述控制显示模块包括数据库单元、嵌入式操作系统/网络连接单元、显示模块；所述MEMS色散模块包括色散模块、光电探测器单元；所述激光器发出的光经过采样镜头/拉曼探头系统，照射在样品上激发拉曼光谱，上述拉曼光谱经过采样镜头/拉曼探头系统收集、滤波后输送到色散模块，再通过色散模块色散后传输到光电探测器单元，得到新拉曼光谱，通过将新拉曼光谱与数据库单元的数据进行比对，在显示模块显示被测物的身份信息；通过所述控制显示模块实现对整机仪器的系统控制和数据交换与处理，数据库单元通过USB接口对外进行数据交换。如图2所示，所述采样镜头/拉曼探头系统包括透镜(O1)、二向色镜(DSS)、陷波滤光片(NF)、会聚系统(O2)，入射激光经过二向色镜反射(DSS)再经过透镜(O1)聚焦在样品上，照射样品产生的散射光经透镜(O1)收集，并经二向色镜(DSS)、陷波滤光片(NF)滤除其中的瑞丽散射光，得到的拉曼散射光再经过会聚系统(O2)，聚焦到狭缝处。根据杂散光聚焦大小和位置、出射方向、到达狭缝处能量大小，所述采样镜头/拉曼探头系统中设置有黑点板。进行追踪光线分析，激光器采用波长为785nm的窄带激光器作为照明光源，其带宽为0.2nm，光斑尺寸2mm×2mm，光强遵循平均分布，可以减小拉曼光谱的荧光背景，狭缝宽度为0.05mm，长度为2mm，陷波滤光片的波长选择785nm,光密度为6。如图3所示为照明激光在透镜O1上多次反射产生杂散光的情况，其中m为入射光，b为激光经O1前表面反射之后的一次反射光，c为三次反射光，d为五次反射光，e为七次反射光,p为激光经透镜O1后表面反射之后的一次反射光。如图4所示为透射瑞利散射光及其在透镜O1上多次反射形成的杂散光，其中k为散射光，f为透射瑞利散射光，g为二次反射瑞利光，h为四次反射瑞利光。利用子午面内光线光路计算公式对照明激光及透射瑞丽散射光及透射瑞丽散射光在透镜O1上多次反射形成的杂散光进行光线追踪，追迹初始物距为l，孔径角为u，经过透镜O1后，出射光线孔径角为u0，出射光线截距为l0，经过透镜O1后，杂散光初步能量计算结果，得到Im为0.98，Ib为9.8x10-3,Ic为9.8x10-7,Id为9.8x10-11,Ie为9.8x10-15,Ip为10-2,If为9.6x10-4-9.6x10-6，Ig为9.6x10-8-9.6x10-10,Ih为9.6x10-12-9.6x10-14,I1为9.6x本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MEMS微型拉曼光谱仪，其特征在于，包括采样模块、控制显示模块、MEMS色散模块；所述采样模块包括激光器、采样镜头/拉曼探头系统；所述控制显示模块包括数据库单元、嵌入式操作系统/网络连接单元、显示模块；所述MEMS色散模块包括色散模块、光电探测器单元；所述激光器发出的光经过采样镜头/拉曼探头系统，照射在样品上激发拉曼光谱，上述拉曼光谱经过采样镜头/拉曼探头系统收集、滤波后输送到色散模块，再通过色散模块色散后传输到光电探测器单元，得到新拉曼光谱，通过将新拉曼光谱与数据库单元的数据进行比对，在显示模块显示被测物的身份信息；通过所述控制显示模块实现对整机仪器的系统控制和数据交换与处理，数据库单元通过USB接口对外进行数据交换。

【技术特征摘要】
1.一种MEMS微型拉曼光谱仪，其特征在于，包括采样模块、控制显示模块、MEMS色散模块；所述采样模块包括激光器、采样镜头/拉曼探头系统；所述控制显示模块包括数据库单元、嵌入式操作系统/网络连接单元、显示模块；所述MEMS色散模块包括色散模块、光电探测器单元；所述激光器发出的光经过采样镜头/拉曼探头系统，照射在样品上激发拉曼光谱，上述拉曼光谱经过采样镜头/拉曼探头系统收集、滤波后输送到色散模块，再通过色散模块色散后传输到光电探测器单元，得到新拉曼光谱，通过将新拉曼光谱与数据库单元的数据进行比对，在显示模块显示被测物的身份信息；通过所述控制显示模块实现对整机仪器的系统控制和数据交换与处理，数据库单元通过USB接口对外进行数据交换。2.根据权利要求1所述的一种MEMS微型拉曼光谱仪，其特征在于，所述激光器采用波长为785nm的窄带激光器作为照明光源，其带宽为0.2nm，光斑尺寸2mm×2mm，光强遵循平均分布。3.根据权利要求1所述的一种MEMS微型拉曼光谱仪，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂新明，田亚平，韩彩芹，朱超，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32