用于测量拉曼散射光的光谱分量的装置和方法制造方法及图纸

公开了一种用于测量目标发射的拉曼散射光的光谱分量的装置。该装置包括：脉冲激光光源，用于发射光；探测光学器件，用于将光引导至目标并收集目标散射的光；光谱仪，包括：输入分割器，用于将所收集的光分成第一光束和第二光束；第一光谱仪，包括用于接收所述光束的输入孔径和用于分散所述光束的光分散器；第二光谱仪，包括输入孔径和输出孔径；以及空间光调制器，用于接收分散的第一光束和第二光束并将分散的第一光束和第二光束中的至少一者的至少一部分选择性地提供到第二光谱仪的输入孔径，第二光谱仪逆转光束的分散并将光束聚焦到输出孔径；检测器元件用于测量离开输出孔径的光束的光谱分量。光谱仪还包括用于延迟光束的延迟线。迟线。迟线。

Apparatus and method for measuring spectral components of Raman scattering light

【技术实现步骤摘要】
用于测量拉曼散射光的光谱分量的装置和方法


[0001]本公开涉及用于测量目标发射的拉曼散射光的光谱分量的装置。此外，本公开涉及用于测量目标发射的拉曼散射光的光谱分量的方法。

技术介绍

[0002]在过去的几十年里，拉曼光谱作为一种广泛使用的光谱方法来表征和识别目标材料，或区分目标材料与其他材料，已经广受欢迎。拉曼光谱广泛应用于各个领域，例如艺术和考古学、化学(有机材料和无机材料)、地质学、生命科学、制药、半导体等。通常，拉曼光谱是基于光与目标材料内的化学键的相互作用。根据所述相互作用，产生拉曼光谱，拉曼光谱为目标材料的分子提供独特的化学指纹(包括与化学结构、相、多晶型、结晶度、分子相互作用等有关的信息)。通常，拉曼光谱可以通过一系列涉及光学组件例如光谱仪的不同技术实现。
[0003]然而，现有的拉曼光谱技术存在一些局限性。首先，当在使用角色散的光谱仪中采用单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode，SPAD)阵列检测器时，现有技术与不期望的脉冲前沿倾斜相关。角色散越大，光脉冲的脉冲前沿倾斜越大。这拓宽了光谱仪的时间响应函数，导致时间分辨率较差。此外，针对近红外(Near
‑
infrared，NIR)波长优化的SPAD阵列检测器的设计和制造成本昂贵，因此无法现成可用。其次，具有一个光谱仪和SPAD阵列检测器的基于空间光调制器(Spatial Light Modulator，SLM)的光谱仪本质上是高度次优的。这是因为在这种光谱仪中，不同的波长无法准确聚焦到同一点。第三，现有的具有两个光谱仪的基于SLM的光谱仪通常具有用于光传播的单个通道，并且不太适合获得波长分辨率、光谱范围和大吞吐量的最佳组合。此外，这种光谱仪在减少杂散光和最大化单个脉冲的动态范围(即每个单个激光脉冲的最大SPAD计数)方面也效率低下。此外，用于拉曼光谱的现有技术和设备不太适合检测与强且短寿命的光致发光相结合的微弱的拉曼信号。这导致测量此类拉曼信号的光谱分量时不准确。
[0004]因此，根据前述讨论，需要克服与现有拉曼光谱设备和技术相关的前述缺点。

技术实现思路

[0005]本公开寻求提供一种用于测量由目标发射的拉曼散射光的光谱分量的装置。本公开还寻求提供一种用于测量由目标发射的拉曼散射光的光谱分量的方法。本公开的目的是提供一种至少部分地克服现有技术中遇到的问题的解决方案。
[0006]一方面，本公开的实施例提供了一种用于测量目标发射的拉曼散射光的光谱分量的装置，该装置包括：
[0007]‑
脉冲激光光源，用于发射激光光束；
[0008]‑
探测光学器件，包括：
[0009]‑
激发光学器件，用于将激光光束引导至目标；以及
[0010]‑
收集光学器件，用于收集目标散射和发射的光束；
[0011]‑
光谱仪，包括：
[0012]‑
输入分割器，用于将从收集光学器件接收的所收集的光束分成至少第一光束和第二光束；
[0013]‑
第一光谱仪，包括分别接收第一光束和第二光束的至少第一输入孔径和第二输入孔径，以及用于成角度地分散第一光束和第二光束的光分散器；
[0014]‑
第二光谱仪，包括至少第一输入孔径和第二输入孔径，以及至少第一输出孔径和第二输出孔径；以及
[0015]‑
空间光调制器，包括二维像素阵列，该二维像素阵列被布置为从第一光谱仪的光分散器将所分散的第一光束接收到第一调制区域上并且将所分散的第二光束接收到第二调制区域上，并将所分散的第一光束和所分散的第二光束中的至少一者的至少一部分选择性地提供给第二光谱仪的相应的输入孔径，其中第二光谱仪用于逆转给定光束的分散并且将给定光束聚焦到相应的输出孔径；以及
[0016]‑
时间分辨检测器元件，用于测量从相应的输出孔径发出的给定光束的光谱分量，
[0017]其中，光谱仪还包括至少一个延迟线，该至少一个延迟线用于延迟第一光束和第二光束中的至少一者的至少一部分，该至少一个延迟线被布置在以下至少一个之上：
[0018]‑
输入分割器和第一光谱仪之间的光路；
[0019]‑
第二光谱仪和时间分辨检测器元件之间的光路。
[0020]另一方面，本公开的实施例提供了一种用于测量目标发射的拉曼散射光的光谱分量的方法，该方法包括：
[0021]‑
从脉冲激光光源发射激光光束；
[0022]‑
使用激发光学器件将激光光束引导至目标；
[0023]‑
使用收集光学器件收集目标散射和发射的光束；
[0024]‑
从收集光学器件接收所收集的光束并使用输入分割器将所收集的光束分成至少第一光束和第二光束；
[0025]‑
使用第一光谱仪成角度地分散第一光束和第二光束；
[0026]‑
分别在空间光调制器的第一调制区域和第二调制区域接收分散的第一光束和分散的第二光束；
[0027]‑
将所分散的第一光束和所分散的第二光束中的至少一者的至少一部分选择性地提供给第二光谱仪；
[0028]‑
使用第二光谱仪逆转给定光束的分散；以及
[0029]‑
使用时间分辨检测器元件测量从第二光谱仪发出的给定光束的光谱分量，
[0030]其中该方法还包括使用至少一个延迟线延迟第一光束和第二光束中的至少一者的至少一部分，其中该至少一个延迟线被布置在以下至少一个之上：
[0031]‑
输入分割器和第一光谱仪之间的光路；
[0032]‑
第二光谱仪和时间分辨检测器元件之间的光路。
[0033]本公开的实施例基本上消除或至少部分地解决了现有技术中的上述问题，并且使装置能够提供改进的波长分辨率、改进的光谱范围和吞吐量、改进的时间装置响应函数的时间分辨率、最小化杂散光，消除脉冲前沿倾斜，并最大化单个激光脉冲的动态范围。
[0034]本公开的附加方面、优点、特征和目的将从结合所附权利要求解释的附图和说明
性实施例的详细描述变得明显。
[0035]应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的本公开的范围的情况下，本公开的特征易于以各种组合进行组合。
附图说明
[0036]当结合附图阅读时，可以更好地理解以上
技术实现思路
以及以下说明性实施例的详细描述。为了说明本公开，附图中示出了本公开的示例性构造。然而，本公开不限于本文公开的特定方法和手段。此外，本领域技术人员将理解附图不是按比例绘制的。在可能的情况下，相同的元件用相同的数字表示。
[0037]现在将仅通过示例的方式，参考下图描述本公开的实施例。
[0038]图1和图2示出了根据本公开的不同实施例的用于测量由目标发射的拉曼散射光的光谱分量的装置的架构的框图。
[0039]图3是根据本公开的实施例的用于测量由目标发射的拉曼本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于测量由目标(102、202、306)发射的拉曼散射光的光谱分量的装置(100、200、300)，所述装置包括：
‑
脉冲激光光源(104、204、302)，用于发射激光光束；
‑
探测光学器件(106、206、304)，包括：
‑
激发光学器件(112、212)，用于将所述激光光束引导至所述目标；以及
‑
收集光学器件(114、214)，用于收集所述目标散射和发射的光束；
‑
光谱仪(108、208、402)，包括：
‑
输入分割器(116、224、308)，用于将从所述收集光学器件接收的所收集的光束分成至少第一光束和第二光束；
‑
第一光谱仪(118、226、316、404、702、802、902)，包括分别用于接收所述第一光束和所述第二光束的至少第一输入孔径和第二输入孔径，以及用于成角度地分散所述第一光束和所述第二光束的光分散器(126、234、320、414)；
‑
第二光谱仪(120、228、332、406、704、804、904)，包括至少第一输入孔径和第二输入孔径，以及至少第一输出孔径和第二输出孔径；以及
‑
空间光调制器(122、230、328、408、706、806、906)，包括二维像素阵列，所述二维像素阵列被布置为从所述第一光谱仪的所述光分散器将所分散的第一光束接收到第一调制区域上并且将所分散的第二光束接收到第二调制区域上，并将所分散的第一光束和所分散的第二光束中的至少一者的至少一部分选择性地提供给所述第二光谱仪的相应的输入孔径，其中，所述第二光谱仪用于逆转给定光束的分散并且将所述给定光束聚焦到相应的输出孔径；以及
‑
时间分辨检测器元件(110、210、338)，用于测量从所述相应的输出孔径发出的所述给定光束的所述光谱分量，其中，所述光谱仪还包括至少一个延迟线(124、232、310、312、314、908A、908B、908C)，所述至少一个延迟线用于延迟所述第一光束和所述第二光束中的至少一者的至少一部分，所述至少一个延迟线被布置在以下至少一个之上：
‑
所述输入分割器和所述第一光谱仪之间的光路；
‑
所述第二光谱仪和所述时间分辨检测器元件(110、210、338)之间的光路。2.根据权利要求1所述的装置(100、200、300)，还包括输出组合器(236)，所述输出组合器用于组合分别从所述第二光谱仪(120、228、332、406、704、804、904)的所述第一输出孔径和所述第二输出孔径聚焦的所述第一光束和所述第二光束。3.根据前述权利要求中任一项所述的设备(100、200、300)，其中，所述激发光学器件(112、212)包括带通滤波器(216)，所述带通滤波器(216)用于在将所述激光光束引导至所述目标(102、202、306)之前对所发射的激光光束进行光谱净化。4.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100、200、300)，其中，所述收集光学器件(114、214)包括至少一个滤光器(220)，所述至少一个滤光器用于减少存在于由所述目标(102、202、306)散射和发射的所述光束中的弹性散射光的量。5.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100、200、300)，其中，所述激发光学器件(112、212)和/或所述收集光学器件(114、214)包括光纤(218、222、502、504、506)。6.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100、200、300)，其中，所述输入分割器
(116、224、308)包括光纤束(508、520、600)和/或二向色滤光器的布置。7.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100、200、300)，其中，所述至少一个延迟线被布置在所述输入分割器和所述第一光谱仪之间的光路上，其中，所述至少一个延迟线包括固定的光纤或光纤束，所述固定的光纤或光纤束用于将所述第一光束和所述第二光束中的至少一者在如下中之一的情况下从所述输入分割器分别传送到所述第一光谱仪的所述第一输入孔径和所述第二输入孔径：
‑
所述第一光束和所述第二光束中的至少一者的至少一部分延迟；以及
‑
所述第二光束和所述第一光束的至少一部分中的延迟不同。8.根据前述权利要求中任一项所述的装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：劳里，
申请(专利权)人：泰姆盖特器械公司，
类型：发明
国别省市：