激光拉曼/荧光光谱仪制造技术

本实用新型专利技术提供一种激光拉曼／荧光光谱仪，该仪器包括有激光电源、激光器、外光路系统、单色仪、光电倍增管、高压电源、单光子计数器、驱动电路、计算机和显示器；所述激光电源驱动半导体激光器发出的激光，经外光路器进入单色仪，经单色仪色散后进入光电倍增管被其接收，在高压电源的驱动下，光电倍增管将光信号放大并转换为电信号，然后进入单光子计数器，经驱动电路将单光子计数器计算的结果送入计算机进行处理，计算机所出结果通过显示器显示。本实用新型专利技术的效果是该光谱仪实现了计算机控制、界面显示、能自动记录拉曼及荧光光谱；其波长范围３００～６５０ｎｍ，波长精度≤±０．４ｎｍ，波长重复性≤０．２ｎｍ，杂散光≤１０↑［－３］，谱线半宽度≤０．２ｎｍ，线色散倒数２．７ｎｍ／ｍｍ。提高了对液、固体的拉曼／荧光的测量精度。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种分析仪器，特别是一种供科研院所、高等院校物 理和化学实验室的分析仪器和高等院校物理实验仪器用的激光拉曼/荧光光 谱仪。
技术介绍
当光照射到物质上时会发生非弹性散射，散射光中除有与激发光波长 相同的弹性成分(瑞利散射)夕卜，还有比激发光波长长的和短的成分，后 一现象统称为拉曼效应。由分子振动、固体中的光学声子等元激发与激发 光相互作用产生的非弹性散射称为拉曼散射， 一般把瑞利散射和拉曼散射 合起来所形成的光谱称为拉曼光谱(与红外光谱同属分子光谱)。由于拉 曼散射非常弱，但拉曼位移及强度、偏振等标志着散射物质的性质，从这 些资料中可以导出物质结构及物质组成成分的信息。这就是拉曼光谱具有 广泛应用的原因。拉曼散射强度大约为瑞利散射的千分之一。在激光器出现之前，为了 得到一幅完善的光谱，往往很费时间。激光器的出现使拉曼光谱学技术发 生了很大的变革。这是由于激光器输出的激光具有很好的单色性、方向性， 且强度很大，因而它们成为获得拉曼光谱的近乎理想的光源，特别是连续 波氩离子激光器。有利于拉曼光谱对物质的品种的研究，同时在研究燃烧 过程、探测环境污染、分析各种材料等方面拉曼光谱技术也已成为很有用 的工具。目前国外只有几家生产激光拉曼光谱仪，且大多采用锁相放大器进行 微弱信号的放大，也仅限于拉曼光谱分析。国外进口的仪器价格比较昂贵。满足不了国内对该仪器的需求。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种激光拉曼/荧光光谱仪，有利于对微弱信 号的液体、固体的拉曼及荧光的高精度测量分析，为科研院所、高等院校 物理和化学实验室提供价格便宜的激光拉曼/荧光光谱仪。为实现上述目的，本技术所采用的技术方案是提供一种激光拉曼/荧光光谱仪，其中:该仪器包括有激光电源、激光器、外光路系统、单色仪、 光电倍增管、高压电源、单光子计数器、驱动电路、计算机和显示器；所述激光电源驱动半导体激光器发出的激光，经外光路系统进入单色仪，经 单色仪色散后进入光电倍增管被其接收，在高压电源的驱动下，光电倍增 管将光信号放大并转换为电信号，然后进入单光子计数器，经驱动电路将 单光子计数器计算的结果送入计算机进行处理，计算机所出结果通过显示 器显示。本技术的效果是该光谱仪实现了计算机控制、界面显示、能自动记录拉曼及荧光光谱；达到了预期的技术指标波长范围300 650nm， 波长精度《士0.4nm，波长重复性《0.2nm，杂散光《l(T3，谱线半 宽度《0.2 nm，线色散倒数2.7nm/mm。提高了对微弱信号的液体、固 体的拉曼及荧光的高精度测量分析。附图说明图1激光拉曼/荧光光谱仪的总体结构示意图； 图中101、激光电源 102、激光器103、外光路 104、单色仪 105、光电倍增管106、驱动电路 107、光子计数器 108、驱动电路 109、计算机110、显示器图2外光路系统示意图；图中:102、激光器201、起偏器202、转换镜203、反射镜204、反射镜205、反射镜206、波片207、波片208、聚光镜209、物镜210、样品管211、小反镜212、物镜组213、检偏器214、入射狭缝215、准直镜216、光栅217、物镜218、反射镜219、出射狭缝105、光电倍增管图3正入射光学原理示意图中102、激光器301、起偏器302、反射镜303、波片304、聚光镜305、物镜306、样品管307、物镜组308、检偏器309、入射狭缝310、准直镜311、光栅312、物镜313、反射镜314、出射狭缝105、光电倍增:图4背入射光学原理牙^意图。图中102、激光器401、起偏器402、转换镜403、反射镜404、反射镜405、波片406、聚光镜407、物镜408、样品管409、物镜组410、检偏器411、入射狭缝412、准直镜413、光栅414、物镜415、反射镜416、出射狭缝105、光电倍增管具体实施方式结合附图对本技术的激光拉曼荧光光'谱仪结构加以说明。具有40mW以上的能发出532nm波长的半导体激光器在激光电源的驱 动下发出532nm波长的强激光，当该强激光经偏振器件变成线偏振光入射 到待分析物质上时会发生非弹性散射，产生了除有与激发光波长相同的弹性成分(瑞利散射)夕卜，还有比激发光波长长的和短的成分，即为拉曼光 谱。该拉曼光谱经收集物镜收集、物镜组汇聚，入射到光栅单色仪的入射 狭缝，经入射狭缝入射到准直镜后变成平行光；平行光入射到闪耀光栅上， 经光栅色散后入射到成像物镜，经物镜会聚到出射狭缝；在出射狭缝外侧 有一光电倍增管，当光谱仪的光栅转动时，光谱讯号通过光电倍增管转换 成相应的电脉冲，并由单光子计数器放大、计数，进入计算机处理，在显 示器的荧光屏上得到光谱的分布曲线。本技术的激光拉曼荧光光谱仪在原光栅单色仪的基础上，加上外 光路系统及较大功率的激光器，再配上单光子计数系统、计算机控制、界 面显示而制成自动记录拉曼、荧光光谱的激光拉曼/荧光光谱仪。光栅单色仪由入射狭缝，准直镜，闪耀光栅，成像物镜，平面反射镜 及出射狭缝组成。由光源532nm的激光经过被分析物质而产生的拉曼、荧 光经入射狭缝入射到准直镜后变成平行光；平行光入射到闪耀光栅上，经 光栅色散后入射到成像物镜，经物镜会聚到出射狭缝；在出射狭缝外侧有 一光电倍增管PMT，当光谱仪的光栅转动时，光谱讯号通过光电倍增管转 换成相应的电脉冲，并由单光子计数器放大、计数，进入计算机处理，在 显示器的荧光屏上得到光谱的分布曲线。本技术的外光路系统包括聚光、集光、样品架、偏振等部件。发 射波长532nm的激光经起偏器、转换镜、反射镜、波片、聚光镜入射到样 品管，样品产生的拉曼光或荧光经物镜及物镜组汇聚到入射狭缝进入到单 色仪，在此，设计了独特正入射光路和背入射光路以适应对液体或固体的 分析。 '为实现上述目的，因拉曼散射是一种极微弱的光，其强度小于入射光 强的10-6，比光电倍增管本身的热噪声水平还要低。用通常的直流检测方 法已不能把这种淹没在噪声中的信号提取出来。为此研究出了单光子计数器。它是利用弱光下光电倍增管输出电流信号自然离散的特征，采用脉冲 高度甄别和数字计数技术将淹没在背景噪声中的弱光信号提取出来。与锁 定放大器等模拟检测技术相比，它基本消除了光电倍增管高压直流漏电和 各倍增极热噪声的影响，提高了信噪比；受光电倍增管漂移，系统增益变化的影响较小；它输出的是脉冲信号，不用经过A/D变换，可直接送到计 算机处理。为实现单光子计数，采取了如下方案因在非弱光测量时，通常是测量光电倍增管的阳极电阻上的电压。测得的信号或电压是连续信号。当弱 光照射到光阴极时，每个入射光子以一定的概率(即量子效率)使光阴极 发射一个电子。这个光电子经倍增系统的倍增最后在阳极回路中形成一个 电流脉冲，通过负载电阻形成一个电压脉冲，这个脉冲称为单光子脉冲。 除光电子脉冲外，还有各倍增极的热发射电子在阳极回路中形成的热发射 噪声脉冲。热电子受倍增的次数比光电子少，因而它在阳极上形成的脉冲 幅度较低。此外还有光阴极的热发射形成的脉冲。脉冲幅度较小的主要是 热发射噪声信号，而光阴极发射的电子(包括光电子和热发射电子)形成的脉冲幅度较大，出现"单光电子峰"。用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光拉曼／荧光光谱仪，其特征是：该仪器包括有激光电源（１０１）、激光器（１０２）、外光路系统（１０３）、单色仪（１０４）、光电倍增管（１０５）、高压电源（１０６）、单光子计数器（１０７）、驱动电路（１０８）、计算机（１０９）和显示器（１１０）；所述激光电源（１０１）驱动激光器（１０２）发出激光，经外光路系统（１０３）进入单色仪（１０４），经单色仪（１０４）色散后进入光电倍增管（１０５）并被其接收，在高压电源（１０６）的驱动下，光电倍增管（１０５）将光信号转换为电信号并进行多级放大，然后进入单光子计数器（１０７），经驱动电路（１０８）将单光子计数器（１０７）计数的结果送入计算机（１０９）进行处理，计算机（１０９）所出结果通过显示器（１１０）显示。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李小明，杜振贡，李伟光，葛梅痕，
申请(专利权)人：天津港东科技发展股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：12[中国|天津]