一种高灵敏度受激拉曼光谱仪制造技术

本发明专利技术公开了一种高灵敏度受激拉曼光谱仪，包括：第一激光源；第二激光源；合束镜，激光通过合束镜合束并经过样品；经过样品的激光穿过滤光镜滤去泵浦光的波长，由第一光电探测器探测；所述第一激光源和第二激光源至合束镜的光路中，其中一条光路通过斩波器调制，另一条光路依次经过半波片和第一偏振分光片，分出额外光路由第二光电探测器探测；第一光电探测器和第二光电探测器同向并联，与跨阻放大器连接，跨阻放大器输出电压信号进入锁相放大器，斩波器驱动电源驱动斩波器，脉冲发生器触发所述锁相放大器和斩波器驱动电源。本发明专利技术可以用更弱的光获得同样信噪比的受激拉曼光谱，降低对激光器输出光稳定性的要求和避免激光对样品的损坏。品的损坏。品的损坏。

【技术实现步骤摘要】
一种高灵敏度受激拉曼光谱仪


[0001]本专利技术涉及光谱仪
，尤其涉及一种高灵敏度受激拉曼光谱仪。

技术介绍

[0002]受激拉曼光谱是一种广泛应用于物理、化学、生物等领域的光谱学技术。受激拉曼散射是一种三阶非线性光学现象。两束高强度的激光与物质相互作用，当两束光的光子能量差(称为拉曼位移)与物质的能级差一致时，其中一束光(称为斯托克斯光)会被受激放大，而另一束光(称为泵浦光)会减弱。受激拉曼光谱被广泛应用在测量物质不同状态下的结构，以及通过光谱数据用来获得物质其他性质，比如燃烧状态的温度，显微受激拉曼可以用来通过细胞成像研究生物中的现象等。常规的受激拉曼光谱仪，两束光都采用高稳定性激光器输出的激光，收集时间在1秒钟时，灵敏度可以达到10
‑7。但是在快速扫描，比如成像时，这个灵敏度还是限制了成像的速度，进而影响了数据采集效率。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：为了克服
技术介绍
的不足，本专利技术公开了一种高灵敏度受激拉曼光谱仪。
[0004]技术方案：本专利技术所公开的高灵敏度受激拉曼光谱仪，包括：
[0005]第一激光源，发出脉冲激光作为受激拉曼光谱中的泵浦光；
[0006]第二激光源，发出脉冲激光作为受激拉曼光谱中的斯托克斯光；
[0007]合束镜，所述第一激光源和第二激光源的激光通过合束镜合束并经过样品；
[0008]滤光片、第一光电探测器，经过样品的激光穿过滤光镜滤去泵浦光的波长，由第一光电探测器探测；
[0009]所述第一激光源和第二激光源至合束镜的光路中，其中一条光路通过斩波器调制，输出调制后的激光脉冲序列，另一条光路依次经过半波片和第一偏振分光片，分出额外光路由第二光电探测器探测，通过旋转半波片，来调节进入所述样品和进入所述第二光电探测器的光强比例；
[0010]跨阻放大器、锁相放大器、脉冲发生器及斩波器驱动电源，所述第一光电探测器和第二光电探测器同向并联，与跨阻放大器连接，所述跨阻放大器输出电压信号进入锁相放大器，所述斩波器驱动电源驱动斩波器，所述脉冲发生器触发所述锁相放大器和斩波器驱动电源。
[0011]进一步的，所述第一激光源和第二激光源至合束镜的光路中，经半波片和第一偏振分光片分出的额外光路再经第二偏振分光镜与原光束合束，该额外光路与原光束时间上一前一后经过合束镜，与另一激光源的光合束并经过样品，再经第三偏振分光镜后由第二光电探测器探测。
[0012]进一步的，所述样品两侧分别设有第一聚焦镜和第二聚焦镜，所述第一激光源和第二激光源的激光合束后依次通过第一聚焦镜、样品及第二聚焦镜。
[0013]进一步的，所述第一光电探测器和第二光电探测器为等效电流噪声低的光电二极管和雪崩光电二极管。
[0014]进一步的，所述跨阻放大器的带宽与斩波器输出的激光调制频率匹配。
[0015]进一步的，测量时，挡住斩波器所在光路的激光源，调节半波片，将第一光电探测器和第二光电探测器接收到的光电信号调平衡，使锁相放大器得到的信号尽可能小，构成平衡探测结构。
[0016]有益效果：与现有技术相比，本专利技术的优点为：可以用更弱的光获得同样信噪比的受激拉曼光谱，从而避免激光对样品的损坏；或者用同样强度的光，可以用更短的时间获得同样好信噪比的光谱，从而提高信号采集效率，在成像应用中，就可以更快获得成像。
附图说明
[0017]图1为本专利技术测量受激拉曼光谱中斯托克斯光的增强光路图；
[0018]图2为本专利技术测量受激拉曼光谱中泵浦光的减弱光路图；
[0019]图3为本专利技术受激拉曼光谱中同光路平衡探测方案。
具体实施方式
[0020]下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明。
[0021]实施例1
[0022]如图1所示，一种高灵敏度受激拉曼光谱仪，包括：
[0023]第一激光源1，发出的脉冲激光作为受激拉曼光谱中的泵浦光；第二激光源2发出的脉冲激光作为受激拉曼光谱中的斯托克斯光。(通常为了实现高灵敏度，两个激光源都采用高稳定性的锁模激光源。如第一激光源是超快激光器泵浦的光参量振荡器，第二激光源是超快激光振动器直接输出的激光。)
[0024]第一激光源1发出的激光经所述斩波器7(由斩波器驱动电源14驱动)调制，输出调制后的激光脉冲序列，频率为f。第二激光源2发出的激光，经半波片8和第一偏振分光片9，分成两束光。两束光可以通过旋转半波片8，来调节进入所述样品4和进入所述第二光电探测器10的光强比例。经第一偏振分光片9的一束光，经反射镜，被所述第二光电探测器10探测；另一束光经所述合束镜3，与第一激光源1发出的光，合束后一起经过第一聚焦镜15，样品11，经第二聚焦镜16准直，滤光片5滤去泵浦光的波长而不滤掉斯托克斯光，被所述第一光电探测器6探测。泵浦光与斯托克斯光经过样品后，会发生受激拉曼效应，斯托克斯光会被放大。所述第一光电探测器6探测到的光信号，是输入的斯托克斯光的信号加上受激拉曼增强的信号之和。
[0025]所述第一光电探测器6和第二光电探测器10，可以是等效电流噪声低的光电二极管，雪崩光电二极管等。所述第一光电探测器6和第二光电探测器10同向并联后，与所述跨阻放大器11连接，跨阻放大器11的带宽与所述第一激光源1经所述斩波器7输出的激光调制频率f匹配。这就构成了平衡探测的结构。跨阻放大器11输出的电压信号进入所述锁相放大器12。所述锁相放大器12探测到频率为f的交流信号。所述的脉冲发生器13触发所述的锁相放大器12和所述的斩波器驱动电源14。
[0026]本实施例中，是测量的斯托克斯光增强信号。增强的信号与泵浦光和斯托克斯光
的入射光强都是正比关系，如下式
[0027]ΔI
s
∝
I
p
I
s
[0028]其中I
p
是泵浦光强，I
s
是斯托克斯光的光强。
[0029]实施时，需要在挡住第一激光源1的情况下，调节所述半波片8，将两个光电探测器接收到的光电信号调平衡，使锁相放大器得到的信号尽可能小，这是高灵敏探测的关键。这个平衡，需要在所述第一激光源1和第二激光源2发出的任意波长的组合下实现，才能保证在采集受激拉曼光谱的任何拉曼位移时都能达到高灵敏度。
[0030]常规的受激拉曼光谱，并不采用平衡探测方式，而是只用一个光电探测器，没有参考光的信号。在没有参考光信号的时候，跨阻放大器11输入端的电流是斯托克斯光和受激拉曼增强的光电流之和。而平衡探测结构下，跨阻放大器11输入端的电流只是受激拉曼增强的光电流。前者常规方法中的等效电流噪声由下式给出：
[0031][0032]其中，I
PN
是光电探测器的等效电流噪声，比如典型值10fA/Hz
1/2
；I
TN
是跨阻放大器的等效电流噪声，比如1MHz带宽的典型值270fA/Hz
1/
2；I<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高灵敏度受激拉曼光谱仪，其特征在于，包括：第一激光源(1)，发出脉冲激光作为受激拉曼光谱中的泵浦光；第二激光源(2)，发出脉冲激光作为受激拉曼光谱中的斯托克斯光；合束镜(3)，所述第一激光源(1)和第二激光源(2)的激光通过合束镜(3)合束并经过样品(4)；滤光片(5)、第一光电探测器(6)，经过样品(4)的激光穿过滤光镜(5)滤去泵浦光的波长，由第一光电探测器(6)探测；所述第一激光源(1)和第二激光源(2)至合束镜(3)的光路中，其中一条光路通过斩波器(7)调制，输出调制后的激光脉冲序列，另一条光路依次经过半波片(8)和第一偏振分光片(9)，分出额外光路由第二光电探测器(10)探测，通过旋转半波片(8)，来调节进入所述样品(4)和进入所述第二光电探测器(10)的光强比例；跨阻放大器(11)、锁相放大器(12)、脉冲发生器(13)及斩波器驱动电源(14)，所述第一光电探测器(6)和第二光电探测器(10)同向并联，与跨阻放大器(11)连接，所述跨阻放大器(11)输出电压信号进入锁相放大器(12)，所述斩波器驱动电源(14)驱动斩波器(7)，所述脉冲发生器(13)触发所述锁相放大器(12)和斩波器驱动电源(14)。2.根据权利要求1所述的高灵敏度受激拉曼光谱仪，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡贞贞，
申请(专利权)人：江苏博创翰林光电高科技有限公司，
类型：发明
国别省市：