具有白光成像功能的拉曼光谱检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种具有白光成像功能的拉曼光谱检测装置，包括：激光器、准直器、照明光源、光谱仪和CCD相机，激光器和准直器之间连接有一第一光纤，在平行光的光路上先后依次固装有一扩束镜和二向色镜，在第一光路上先后依次固装有一物镜和样品台，第一光路在样品表面激发出的拉曼散射光在透过物镜和二向色镜后形成第二光路，在第二光路上固装有一耦合透镜以及与光谱仪连接的第二光纤；在白光的光路上固装有一薄膜分束器，在第三光路上安装一能够拆卸的第一反射镜，在第四光路上固装一套筒透镜。本发明专利技术拉曼光谱检测装置能在CCD相机上得到清晰的图像，便于观察样品和搜寻样品上的待测区域。两种工作模式切换方便，且相互独立，互不干扰。

Raman spectrum detection device with white light imaging function

【技术实现步骤摘要】
具有白光成像功能的拉曼光谱检测装置
本专利技术属于拉曼光谱探测
，具体来说涉及一种具有白光成像功能的拉曼光谱检测装置。
技术介绍
光散射是一种普遍存在的物理过程和自然现象。当一束频率为v0的单色光辐射到散射体上时，入射光与散射体发生相互作用而偏离原入射方向甚至发生能量改变，即发生散射现象。散射光主要由与入射光频率v0相同的成分组成，这部分散射光在与散射体相互作用后没有发生能量变化，是弹性散射，通常被称为瑞利散射，而散射光中还包含强度极其微弱的、频率对称分别在瑞利谱线两侧的(v0-vk)和(v0+vk)频率的散射光成分，这部分光的能量在与散射体的相互作用过程中发生了变化，是一种非弹性散射，称为拉曼散射。其中频率为(v0-vk)的散射光相对较强，拉曼光谱分析技术中主要采集的就是这部分的光谱信号。拉曼光谱是由散射体系的结构和性质决定的，与入射光频率无关，能够特异性地反映样品物质的固有振动和转动能级结构。因此，拉曼光谱具有与物质结构相对应的“指纹”特性，可实现对样品化学成分的定性、定量分析。拉曼光谱检测技术还具有操作简单方便，适用范围广，检测成本低，无需特殊样品制备和无损检测等优点，目前已被广泛应用于物理、化学、材料科学以及环境科学等领域。为提高拉曼光谱的空间分辨力，激发光的光斑直径通常在几十到几微米量级。在测试微小样品或大样品的特定位置时，就需要白光成像光路的辅助，用来观测样品和搜寻待测区域。由于白光成像光路的照明光源对拉曼光谱检测的影响巨大，所以在同一时间只能选择白光成像和光谱检测中的一种工作模式。目前常使用分光镜将白光成像光路耦合到拉曼光谱光路中，通过打开或关闭白光成像光路的照明光源，即可切换工作模式。这种方式结构简单，易于实现，但是会损失一定比例的激发光和拉曼散射光的能量，造成信噪比的降低。另外还有许多设计者使用一个带有反光镜的转盘来耦合两个光路，通过转动转盘，即可切换系统的工作模式。这种方式效率高，操作方便，但是占用的空间较大。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种具有白光成像功能的拉曼光谱检测装置，该拉曼光谱检测装置使白光成像光路更方便地耦合到拉曼光谱检测装置中，可快速地切换白光成像光路和拉曼光谱光路，保证样品成像与光谱检测功能相互独立，互不干扰，同时保证第一反射镜和第二反射镜在光路中的重复定位精度，进而能更高效地得到目标区域的拉曼光谱信号。本专利技术的拉曼光谱检测装置结构紧凑，占用空间小，可清晰地对样品成像，便于观察样品和定位拉曼光谱的成像区域，激发光和拉曼散射光的能量损失小，系统信噪比高，工作模式切换方便。本专利技术的目的是通过下述技术方案予以实现的。一种具有白光成像功能的拉曼光谱检测装置，包括：激光器、准直器、照明光源、光谱仪和CCD相机，所述激光器和准直器之间连接有一第一光纤，以使所述激光器发射的激光经过所述第一光纤传输至所述准直器后形成平行光，在所述平行光的光路上先后依次固装有一扩束镜和二向色镜，以使所述平行光在被所述扩束镜扩大后再被所述二向色镜反射形成第一光路，在所述第一光路上先后依次固装有一物镜和样品台，以使所述第一光路在经过物镜后聚焦在所述样品台的样品上，所述第一光路在样品表面激发出的拉曼散射光在透过所述物镜和所述二向色镜后形成第二光路，在所述第二光路上固装有一耦合透镜以及与所述光谱仪连接的第二光纤，以使所述第二光路被所述耦合透镜耦合至所述第二光纤中且所述光谱仪得到拉曼光谱信号；所述照明光源用于发射白光，在所述白光的光路上固装有一薄膜分束器，以使所述白光在透过所述薄膜分束器后形成第三光路，在所述第三光路上安装一能够拆卸的第一反射镜，当安装所述第一反射镜后：所述第三光路被所述第一反射镜反射后再先后依次透过所述二向色镜和所述物镜并照射到所述样品台的样品上，所述第三光路被所述样品反射和散射的光透过所述物镜和二向色镜再先后依次被所述第一反射镜和薄膜分束器反射后形成第四光路，在所述第四光路上固装一用于将所述第四光路聚焦后投射在所述CCD相机的感光面上的套筒透镜。在上述技术方案中，所述激光器发射的激光波长为X，在所述二向色镜和耦合透镜之间的第二光路上固装有一长波通滤光片，所述长波通滤光片的起始波长(大于起始波长的光可以透过该长波通滤光片)大于所述X，用于阻隔波长小于所述起始波长的光通过所述长波通滤光片。在上述技术方案中，在所述长波通滤光片和耦合透镜之间的第二光路上固装有一陷波滤光片，所述陷波滤光片中心波长等于X(位于中心波长左右两侧的阻带内的光会被衰减)，以使透过大多数波长，而有效衰减波长在阻带范围内的光线。在上述技术方案中，所述二向色镜为长波通二向色镜，截止波长大于X，用于高透射波长大于截止波长的光线，而高反射波长小于截止波长的光线。在上述技术方案中，在所述套筒透镜与所述CCD相机之间固装一第二反射镜，用于对从所述套筒透镜透过的第四光路进行反射且反射后投射在所述CCD相机的感光面上。在上述技术方案中，所述第二反射镜与所述平行光的夹角为45°。在上述技术方案中，所述二向色镜与所述平行光的夹角为45°。在上述技术方案中，所述第一反射镜与所述平行光的夹角为45°。在上述技术方案中，所述X为400～900nm。在上述技术方案中，所述第一反射镜通过一安装架可拆卸的安装在所述第三光路上，所述安装架包括：固装在所述第三光路上的固定座以及可从所述固定座上拆卸的镜座，其中，所述固定座的底面用于固定以使第一反射镜位于所述第三光路上，在所述固定座的顶面上形成有多个第一结构；所述镜座的底面在与每一个第一结构相对应的位置形成有第二结构，所述第一结构与第二结构凹凸配合且相吸，在所述镜座的顶面固装有所述第一反射镜。在上述技术方案中，所述镜座的顶面固装有一环形的镜架，所述第一反射镜嵌装在该镜架内。在上述技术方案中，所述第一结构和第二结构的材质分别为铁和磁铁。本专利技术拉曼光谱检测装置的有益效果如下：1、能在CCD相机上得到清晰的图像，便于观察样品和搜寻样品上的待测区域。2、激发光和拉曼散射光的能量损失小，系统信噪比高。3、结构紧凑，占用空间小。4、两种工作模式切换方便，且相互独立，互不干扰。附图说明图1为本专利技术拉曼光谱检测装置的结构示意图；图2为本专利技术拉曼光谱检测装置白光成像光路的结构示意图；图3为本专利技术拉曼光谱检测装置拉曼检测光路的结构示意图；图4a为本专利技术安装架的结构示意图；图4b为本专利技术镜座的结构示意图；图4c为本专利技术固定座的结构示意图。其中，1：激光器2：第一光纤3：准直器4：扩束镜5：样品台6：二向色镜7：物镜8：样品9：第一反射镜10：长波通滤光片11：陷波滤光片12：耦合透镜13：第二光纤14：光谱仪15：照明光源16：薄膜分束器17：套筒透镜18：第二反射镜19：CCD相机20：安装架20-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有白光成像功能的拉曼光谱检测装置，其特征在于，包括：激光器(1)、准直器(3)、照明光源(15)、光谱仪(14)和CCD相机(19)，/n所述激光器(1)和准直器(3)之间连接有一第一光纤(2)，以使所述激光器(1)发射的激光经过所述第一光纤(2)传输至所述准直器(3)后形成平行光，在所述平行光的光路上先后依次固装有一扩束镜(4)和二向色镜(6)，以使所述平行光在被所述扩束镜(4)扩大后再被所述二向色镜(6)反射形成第一光路，在所述第一光路上先后依次固装有一物镜(7)和样品台(5)，以使所述第一光路在经过物镜(7)后聚焦在所述样品台(5)的样品(8)上，所述第一光路在样品(8)表面激发出的拉曼散射光在透过所述物镜(7)和所述二向色镜(6)后形成第二光路，在所述第二光路上固装有一耦合透镜(12)以及与所述光谱仪(14)连接的第二光纤(13)，以使所述第二光路被所述耦合透镜(12)耦合至所述第二光纤(13)中且所述光谱仪(14)得到拉曼光谱信号；/n所述照明光源(15)用于发射白光，在所述白光的光路上固装有一薄膜分束器(16)，以使所述白光在透过所述薄膜分束器(16)后形成第三光路，在所述第三光路上安装一能够拆卸的第一反射镜(9)，当安装所述第一反射镜(9)后：/n所述第三光路被所述第一反射镜(9)反射后再先后依次透过所述二向色镜(6)和所述物镜(7)并照射到所述样品台(5)的样品(8)上，所述第三光路被所述样品(8)反射和散射的光透过所述物镜(7)和二向色镜(6)再先后依次被所述第一反射镜(9)和薄膜分束器(16)反射后形成第四光路，在所述第四光路上固装一用于将所述第四光路聚焦后投射在所述CCD相机(19)的感光面上的套筒透镜(17)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种具有白光成像功能的拉曼光谱检测装置，其特征在于，包括：激光器(1)、准直器(3)、照明光源(15)、光谱仪(14)和CCD相机(19)，
所述激光器(1)和准直器(3)之间连接有一第一光纤(2)，以使所述激光器(1)发射的激光经过所述第一光纤(2)传输至所述准直器(3)后形成平行光，在所述平行光的光路上先后依次固装有一扩束镜(4)和二向色镜(6)，以使所述平行光在被所述扩束镜(4)扩大后再被所述二向色镜(6)反射形成第一光路，在所述第一光路上先后依次固装有一物镜(7)和样品台(5)，以使所述第一光路在经过物镜(7)后聚焦在所述样品台(5)的样品(8)上，所述第一光路在样品(8)表面激发出的拉曼散射光在透过所述物镜(7)和所述二向色镜(6)后形成第二光路，在所述第二光路上固装有一耦合透镜(12)以及与所述光谱仪(14)连接的第二光纤(13)，以使所述第二光路被所述耦合透镜(12)耦合至所述第二光纤(13)中且所述光谱仪(14)得到拉曼光谱信号；
所述照明光源(15)用于发射白光，在所述白光的光路上固装有一薄膜分束器(16)，以使所述白光在透过所述薄膜分束器(16)后形成第三光路，在所述第三光路上安装一能够拆卸的第一反射镜(9)，当安装所述第一反射镜(9)后：
所述第三光路被所述第一反射镜(9)反射后再先后依次透过所述二向色镜(6)和所述物镜(7)并照射到所述样品台(5)的样品(8)上，所述第三光路被所述样品(8)反射和散射的光透过所述物镜(7)和二向色镜(6)再先后依次被所述第一反射镜(9)和薄膜分束器(16)反射后形成第四光路，在所述第四光路上固装一用于将所述第四光路聚焦后投射在所述CCD相机(19)的感光面上的套筒透镜(17)。


2.根据权利要求1所述的拉曼光谱检测装置，其特征在于，所述激光器(1)发射的激光波长为X，在所述二向色镜(6)和耦合透镜(12)之间的第二光路上固装有一长波通滤光片(10)，所述长波通滤光片(10)的起始波长大于X。


3.根据权利要求2所述的拉曼光谱检测装...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢念航，吴森，肖莎莎，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12