用于测量拉曼散射的光学探头及其测量方法技术

本发明专利技术公开了一种用于测量拉曼散射的光学探头，包括一个包含至少两个端口的反射腔，所述反射腔覆盖的样品散射激发光并产生拉曼散射光，被样品散射的激发光和拉曼散射光被反射腔反射直至该激发光和拉曼散射光从反射腔的第一端口输出以进行测量或者在第二端口被样品再次散射。本发明专利技术提高了拉曼散射的激发和接受效率，而且对于具有漫散射特性的非透明样品，可以使更多的激发光进入样品内部，从而使测量样品内部拉曼信号成为可能。本发明专利技术还公开了一种测量大面积样品拉曼散射的方法，一种测量表层和里层为不同材料的漫散射样品的拉曼散射的方法和一种测量透明或漫散射样品透射拉曼散射的方法。

【技术实现步骤摘要】
用于测量拉曼散射的光学探头及其测量方法
本专利技术涉及一种光学探头，具体涉及一种用于测量拉曼散射的光学探头。本专利技术还涉及一种测量大面积样品拉曼散射的方法。
技术介绍
拉曼光谱分析是一种分析待测材料对单色光非弹性散射所形成光谱的技术，目前已经成为一种强大的无损检测技术。传统拉曼光谱分析仪器通常采用聚焦的激光束激发样品的拉曼散射，这一方案的优点是激发和接受效率较高，然而，它也有一些问题。首先，这一方案只测量很小一部分样品，因此对于非均匀样品，其采集的拉曼光谱可能不具有代表性；其次，聚焦的激光束可能对一些样品造成损伤；第三，对于一些具有漫散射特性的非透明样品，这一方案只能测量样品表面的拉曼信号，而对于样品内部则无法企及。综上所述，亟需一种能够从大面积样品表面和内部激发和接受拉曼信号的光学器件。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种用于测量拉曼散射的光学探头，它可以从大面积样品表面和内部激发并接收拉曼散射光，从而测量大面积样品的拉曼散射。为解决上述技术问题，本专利技术用于测量拉曼散射的光学探头的技术解决方案为：包括一个包含至少两个端口的反射腔，反射腔的第一端口用于接受激发光并传输到第二端口，第二端口置于样品表面使所述反射腔覆盖大面积样品表面，其中所述反射腔覆盖的样品散射激发光并产生拉曼散射光，被样品散射的激发光和拉曼散射光被反射腔反射直至该激发光和拉曼散射光从反射腔的第一端口输出以进行测量或者在第二端口被样品再次散射。进一步地，还包含一个连接口用于连接一拉曼探头，所述拉曼探头用于从光源接收激发光并将其通过反射腔的第一端口输入反射腔。进一步地，所述拉曼探头包含一或多个光学元件，光学元件将激发光会聚到反射腔的第一端口从而将激发光输入反射腔，同时收集从第一端口输出的拉曼散射光。进一步地，还包含一个连接口，用于连接一或多个光纤或光纤束；所述光纤或光纤束的输入端从光源接收激发光,所述光纤或光纤束的输出端置于反射腔的第一端口附近从而将激发光输入反射腔,同时收集从第一端口输出的拉曼散射光。进一步地，所述反射腔由对激发光和拉曼散射光具有高反射率的材料构成。进一步地，所述反射腔的内表面有对激发光和拉曼散射光具有高反射率的镀膜。进一步地，所述镀膜为金属膜或者介质膜。进一步地，所述反射腔包含至少一个另外的端口；所述端口用于输出拉曼散射光，或者输入一个不同波长的激发光以从样品激发拉曼散射光。进一步地，所述反射腔的第二端口的面积至少是第一端口的2倍。进一步地，所述反射腔为圆柱形、圆锥形、球形或抛物面形。进一步地，所述反射腔的第二端口覆盖一对激发光和拉曼散射光透明的光学窗片。本专利技术还提供一种用于测量大面积样品拉曼散射的光学探头，其技术解决方案为：包括一个由镀有反射膜的光学材料模块构成的实体反射腔，所述实体反射腔包含至少两个未镀膜的端口，第一端口用于接受激发光并传输到第二端口，第二端口置于样品表面使所述反射腔覆盖大面积样品表面，其中所述反射腔覆盖的样品散射激发光并产生拉曼散射光，被样品散射的激发光和拉曼散射光被反射腔反射直至所述激发光和拉曼散射光从反射腔的第一端口输出以进行测量或者在第二端口被样品再次散射。进一步地，所述光学材料模块具有非均匀的折射率分布。本专利技术还提供一种测量大面积样品拉曼散射的方法，其技术解决方案为，包括以下步骤：提供一光学探头，该光学探头包含一个至少有两个端口的反射腔；将该反射腔的第二端口置于样品表面使该反射腔覆盖大面积样品表面；从反射腔的第一端口输入激发光并传输到第二端口从而在覆盖的样品激发拉曼散射光，其中被样品散射的激发光和拉曼散射光被反射腔反射直至所述激发光和拉曼散射光从反射腔的第一端口输出或者在第二端口被样品再次散射；及测量从反射腔的第一端口输出的拉曼散射光从而得到样品的拉曼光谱。进一步地，所述反射腔由对激发光和拉曼散射光具有高反射率的材料构成。进一步地，所述反射腔的内表面有对激发光和拉曼散射光具有高反射率的镀膜。进一步地，所述镀膜为金属膜或者介质膜。进一步地，所述反射腔的第二端口的面积至少是第一端口的2倍。本专利技术还提供一种测量表层和里层为不同材料的漫散射样品的拉曼散射的方法，其技术解决方案为，包括以下步骤：提供一光学探头，所述光学探头包含一个至少有两个端口的反射腔；将所述反射腔的第二端口置于样品表面使所述反射腔覆盖大面积样品表面；从反射腔的第一端口输入激发光并传输到第二端口从而在覆盖的样品激发拉曼散射光，其中被样品散射的激发光和拉曼散射光被反射腔反射直至所述激发光和拉曼散射光从反射腔的第一端口输出或者在第二端口被样品再次散射；测量从反射腔的第一端口输出的拉曼散射光从而得到样品的第一个拉曼光谱，所述第一个拉曼光谱包含样品表层和里层材料的特征；及移除所述光学探头并直接将激发光聚焦到样品表层以从样品表层激发拉曼散射光，并测量所述拉曼散射光以得到样品的第二个拉曼光谱，该第二个拉曼光谱主要包含样品表层材料的特征。本专利技术还提供一种测量透明或漫散射样品透射拉曼散射的方法，其技术解决方案为，包括以下步骤：输出激发光到样品的第一个表面以激发拉曼散射光，其中至少部分激发光和拉曼散射光由样品的第一个表面透射到样品的第二个表面；提供一接收光学探头，所述接收光学探头包含一个至少有两个端口的反射腔；将所述接收光学探头的反射腔的第二端口置于样品的第二个表面使所述反射腔覆盖样品表面，其中从样品透射的激发光和拉曼散射光被所述反射腔反射直至所述激发光和拉曼散射光从反射腔的第一端口输出或者在第二端口被样品再次散射；及测量从反射腔第一端口输出的拉曼散射光从而得到样品的透射拉曼光谱。进一步地，所述输出激发光到样品的第一个表面以激发拉曼散射光的步骤包括以下步骤：提供一发射光学探头，所述发射光学探头包含一个至少有两个端口的反射腔；将所述反射腔的第二端口置于样品的第一个表面使所述反射腔覆盖样品表面；及从所述发射光学探头的反射腔的第一端口输入激发光并传输到第二端口从而在覆盖的样品激发拉曼散射光，其中被样品散射的激发光和拉曼散射光被所述反射腔反射直至所述激发光和拉曼散射光从反射腔的第一端口输出或者在第二端口被样品再次散射。本专利技术可以达到的技术效果是：本专利技术使激发光从第一端口传到第二端口从而从样品激发拉曼散射光，被样品散射的激发光和拉曼散射光被反射腔反射直至该激发光和拉曼散射光从反射腔的第一端口输出或者在第二端口被样品再次散射。以上多次反射机制提高了拉曼散射的激发和接受效率，而且对于具有漫散射特性的非透明样品，可以使更多的激发光进入样品内部，从而使测量样品内部拉曼信号成为可能。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明，附图中，在不同视图中相同的参考标号指代相同的或功能类似的元件，附图与以下描述一起构成本说明书的一部分，用于进一步说明各个实施例，以解释本专利技术的各种实现方式和优点。图1a至图1c是本专利技术用于测量拉曼散射的光学探头的第一个实施例的示意图，该实施例包含一个反射腔用于拉曼散射的激发和接收和一个连接口用于连接一拉曼探头；图2是本专利技术用于测量拉曼散射的光学探头的第二个实施例的示意图，该实施例包含一个反射腔用于拉曼散射的激发和接收和一个连接口用于连接一光纤或光纤束；图3是本专利技术光学探头的一个变化例的示意图，该光学探头包含一个不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量拉曼散射的光学探头，其特征在于，包括：一个包含至少两个端口的反射腔，反射腔的第一端口用于接受激发光并传输到第二端口，第二端口置于样品表面使所述反射腔覆盖大面积样品表面，其中所述反射腔覆盖的样品散射激发光并产生拉曼散射光，被样品散射的激发光和拉曼散射光被反射腔反射直至该激发光和拉曼散射光从反射腔的第一端口输出以进行测量或者在第二端口被样品再次散射。

【技术特征摘要】
2016.11.11 US 15/349,5101.一种用于测量拉曼散射的光学探头，其特征在于，包括：一个包含至少两个端口的反射腔，反射腔的第一端口用于接受激发光并传输到第二端口，第二端口置于样品表面使所述反射腔覆盖大面积样品表面，其中所述反射腔覆盖的样品散射激发光并产生拉曼散射光，被样品散射的激发光和拉曼散射光被反射腔反射直至该激发光和拉曼散射光从反射腔的第一端口输出以进行测量或者在第二端口被样品再次散射。2.根据权利要求1所述的用于测量拉曼散射的光学探头，其特征在于：还包含一个连接口用于连接一拉曼探头，所述拉曼探头用于从光源接收激发光并将其通过反射腔的第一端口输入反射腔。3.根据权利要求2所述的用于测量拉曼散射的光学探头，其特征在于：所述拉曼探头包含一或多个光学元件，光学元件将激发光会聚到反射腔的第一端口从而将激发光输入反射腔，同时收集从第一端口输出的拉曼散射光。4.根据权利要求1所述的用于测量拉曼散射的光学探头，其特征在于：还包含一个连接口，用于连接一或多个光纤或光纤束；所述光纤或光纤束的输入端从光源接收激发光,所述光纤或光纤束的输出端置于反射腔的第一端口附近从而将激发光输入反射腔,同时收集从第一端口输出的拉曼散射光。5.根据权利要求1所述的用于测量拉曼散射的光学探头，其特征在于：所述反射腔由对激发光和拉曼散射光具有高反射率的材料构成。6.根据权利要求1所述的用于测量拉曼散射的光学探头，其特征在于：所述反射腔的内表面有对激发光和拉曼散射光具有高反射率的镀膜。7.根据权利要求6所述的用于测量拉曼散射的光学探头，其特征在于：所述镀膜为金属膜或者介质膜。8.根据权利要求1所述的用于测量拉曼散射的光学探头，其特征在于：所述反射腔包含至少一个另外的端口；所述端口用于输出拉曼散射光，或者输入一个不同波长的激发光以从样品激发拉曼散射光。9.根据权利要求1所述的用于测量拉曼散射的光学探头，其特征在于：所述反射腔的第二端口的面积至少是第一端口的2倍。10.根据权利要求1所述的用于测量拉曼散射的光学探头，其特征在于：所述反射腔为圆柱形、圆锥形、球形或抛物面形。11.根据权利要求1所述的用于测量拉曼散射的光学探头，其特征在于：所述反射腔的第二端口覆盖一对激发光和拉曼散射光透明的光学窗片。12.一种用于测量大面积样品拉曼散射的光学探头，其特征在于，包括：一个由镀有反射膜的光学材料模块构成的实体反射腔，所述实体反射腔包含至少两个未镀膜的端口，第一端口用于接受激发光并传输到第二端口，第二端口置于样品表面使所述反射腔覆盖大面积样品表面，其中所述反射腔覆盖的样品散射激发光并产生拉曼散射光，被样品散射的激发光和拉曼散射光被反射腔反射直至所述激发光和拉曼散射光从反射腔的第一端口输出以进行测量或者在第二端口被样品再次散射。13.根据权利要求12所述的用于测量拉曼散射的光学探头，其特征在于：所述光学材料模块具有非均匀的折射率分布。14.一种测量大面积样品拉曼散射的方法，其特征在于，包括以下步骤：提供一光学探头，该光学...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵军，周新，王晓路，
申请(专利权)人：必达泰克知识产权公司，
类型：发明
国别省市：美国,US