一种基于微透镜阵列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微透镜阵列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微透镜阵列，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式拉曼光谱采集仪，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 microlens array

The invention discloses a multi focus Raman spectrum acquisition instrument based on microlens array, 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, micro Raman measurements. By the introduction of the Raman spectrometer in micro lens array, 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 spectra acquisition 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】
一种基于微透镜阵列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
，尤其涉及一种基于微透镜阵列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微透镜阵列的多焦点式拉曼光谱采集仪，本专利技术通过在拉曼光谱采集仪中引入微透镜阵列，使聚焦在待测样品上的光斑能量分散，从而降低聚焦高强度光斑对待测样品的损坏，扩大拉曼光谱的应用领域，详见下文描述：一种基于微透镜阵列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，选取参数匹配的微透镜阵列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，激光器发出的激光经过第一汇聚透镜、针孔、第二汇聚透镜变成较宽的激光束，其光束宽度与第一微透镜阵列、第二微透镜阵列相吻合；第一微透镜阵列、第二微透镜阵列的参数相同，入射激光通过第一微透镜阵列进行分束汇聚，再经过第三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，待测样品表面与光纤的输入接头呈共轭关系，拉曼信号照射在光纤的输入端，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型光谱仪中；通过对横轴扫描器、纵轴扫描器的调节，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微透镜阵列，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微透镜阵列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是第一微透镜阵列；6是第二微透镜阵列；7是分束镜；8是第三汇聚透镜；9是显微镜头；10是待测样品；11是光纤；12是CCD型光谱仪；13横轴方向扫描器；14纵轴方向扫描器。图2是照射在待测样品10上光斑的示意图；其中，黑点代表在样品上的汇聚光斑。图3是光纤11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1一种基于微透镜阵列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：分别是低入射光功率拉曼光谱检测与高速显微拉曼测量。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10和采样要求的不同选择不同强度的输入激光，选取参数匹配的第一微透镜阵列5和第二微透镜阵列6与光纤11进行拉曼信号的采集，即以矩形的形式在待测样品10表面采集信号，通过光纤11的传输，再以线形的形式将待测样品10的拉曼信号输入CCD型光谱仪12。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10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10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10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10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微透镜阵列，可使聚焦在待测样品10上的光斑能量分散，降低聚焦高强度光斑对待测样品10的损坏，从而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：本专利技术实施例提出了一种基于微透镜阵列的多焦点式拉曼光谱采集仪，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10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：仪器光路简图如图1所示。首先，选择频率合适的激光器1，发出的激光经过第一汇聚透镜2、针孔3、第二汇聚透镜4变成较宽的激光束，其光束宽度与第一微透镜阵列5、第二微透镜阵列6相吻合。第一微透镜阵列5、第二微透镜阵列6的参数相同，入射激光通过第一微透镜阵列5进行分束汇聚，再经过第三汇聚透镜8和显微镜头9的光路调整，最后光斑以图2形式照射在待测样品10上。激发出的拉曼信号沿光路返回，其中待测样品10表面与光纤11的输入接头呈共轭关系，拉曼信号以同图2的分布形式照射在光纤11的输入端，设计匹配的光纤11的接头如图3所示，不同位置的拉曼信号沿光纤11中不同的纤芯进行传导，光纤11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12中。在光谱测量过程中，可以通过对横轴扫描器13、纵轴扫描器14的调节，来完成光斑在待测样品10表面的移动，从而在不移动待测样品10的条件下，完成对待测样品10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具有n个小透镜的第一微透镜阵列5、第二微透镜阵列6，即可以得到n组待测样品10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10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10，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10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10表面上不同位置的n组拉曼信号，再设定采集拉曼本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于微透镜阵列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，选取参数匹配的微透镜阵列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】
1.一种基于微透镜阵列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，选取参数匹配的微透镜阵列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所述的一种基于微透镜阵列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测样品表面上不同位置的n组拉...

【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