本实用新型专利技术实施例公开了一种时间分辨拉曼光谱装置，包括光源模块、耦合模块、光纤分束模块、光电探测模块、传输模块、拉曼光谱采集模块和控制模块；光纤分束模块包括第一输出端和第二输出端，第一输出端的输出功率小于第二输出端，第二输出端设置有延时光纤；光电探测模块将第一输出端的输出光脉冲转换为触发电信号，触发电信号传输至拉曼光谱采集模块和控制模块；拉曼光谱采集模块包括数据采集卡和单像素光电探测器，单像素光电探测器将拉曼散射光转换为数据电信号，数据采集卡根据触发电信号的触发开始采集数据电信号；控制模块根据触发电信号确定脉冲激光的功率变化，根据功率变化校正数据电信号，并对校正后的数据电信号进行数据处理。数据处理。数据处理。
【技术实现步骤摘要】
一种时间分辨拉曼光谱装置
[0001]本技术涉及光学
，尤其涉及一种时间分辨拉曼光谱装置。
技术介绍
[0002]测量介质的分子组成及其化学环境在许多应用中非常重要，例如在农业、食品、石油、医疗诊断和制药行业。用于此类测量的一种先进技术是拉曼光谱，可用于测量各种类型的样品，例如固体、液体和气体，并不需要对样品进行特殊制备。相比较于红外吸收光谱，水本身的拉曼光谱信号非常低，拉曼技术也非常适合于水溶液中的样品测量。
[0003]传统拉曼光谱在一些其他潜在应用中未被广泛使用的一个主要原因是高荧光背景，这种激发光引起的高荧光背景部分甚至完全掩盖了较弱的拉曼信号，因此拉曼信噪比通常会降低。由于拉曼散射和荧光发射这两种现象的时间响应不同，拉曼光子立即从样品中散射，而荧光光子通常以几纳秒或更长的时间常数发射。利用这个特性，时间分辨技术可以有效抑制荧光，例如，时间分辨可以通过克尔门、超快速门控增强ICCD、单光子雪崩二极管SPAD或其他各种类型光电倍增管(如PMT，SiPM，MPPC)来实现。
[0004]在时间分辨拉曼光谱系统中，相比较于ICCD相机、SPAD阵列等探测器，单像素SPAD探测器具有优秀的时间分辨率、高增益特性以及不错的空间分辨率。但因为是单像素，需要通过扫描来获取整个拉曼光谱。在扫描过程中，激光功率的浮动将影响所采集的信号。为了避免激光功率浮动，需要使用昂贵的、高性能的功率稳定的激光器，导致时间分辨拉曼光谱系统成本较高，不利于推广应用。
技术实现思路
[0005]本技术实施例提供了一种时间分辨拉曼光谱装置，该时间分辨拉曼光谱装置可以根据光源模块出射的脉冲激光的功率变化对拉曼光谱进行校正，无需设置昂贵的、高性能的功率稳定的激光器，有利于降低系统成本。
[0006]根据本技术的一方面，提供了一种时间分辨拉曼光谱装置，其中，包括光源模块、耦合模块、光纤分束模块、光电探测模块、传输模块、拉曼光谱采集模块和控制模块；
[0007]所述光源模块用于输出脉冲激光；
[0008]所述耦合模块用于将发散的所述脉冲激光耦合入所述光纤分束模块的输入端；
[0009]所述光纤分束模块包括第一输出端和第二输出端，所述第一输出端的输出功率小于所述第二输出端的输出功率，所述第二输出端设置有延时光纤；
[0010]所述光电探测模块用于将所述第一输出端的输出光脉冲转换为触发电信号，所述触发电信号传输至所述拉曼光谱采集模块和所述控制模块；
[0011]所述传输模块用于将所述第二输出端输出的经过所述延时光纤延迟后的输出光脉冲汇聚至待测样品，并将所述待测样品输出的拉曼散射光传输至所述拉曼光谱采集模块；
[0012]所述拉曼光谱采集模块包括数据采集卡和单像素光电探测器，所述光电探测模块
和所述单像素光电探测器均与所述数据采集卡连接，所述单像素光电探测器用于将所述拉曼散射光转换为数据电信号，所述数据采集卡根据所述触发电信号的触发开始采集所述数据电信号；
[0013]所述控制模块与所述光电探测模块和所述拉曼光谱采集模块连接，所述控制模块用于根据所述触发电信号确定所述脉冲激光的功率变化，根据所述功率变化校正所述数据电信号，并对校正后的所述数据电信号进行数据处理。
[0014]可选的，所述耦合模块包括沿光路依次设置的汇聚透镜和光纤准直器，所述光纤准直器的输出光纤与所述光纤分束模块的输入光纤连接；
[0015]所述汇聚透镜将发散的所述脉冲激光转化为准直光，所述光纤准直器将准直光耦合入光纤内。
[0016]可选的，所述汇聚透镜包括平凸透镜、弯月型透镜或非球面透镜的至少一种；所述光纤准直器内部包括沿远离所述汇聚透镜方向上依次排列的双胶合透镜和正弯月透镜。
[0017]可选的，所述汇聚透镜、所述双胶合透镜和所述正弯月透镜的表面均设置有增透膜。
[0018]可选的，所述延时光纤包括可延时光纤或不可延时光纤。
[0019]可选的，所述单像素光电探测器包括单光子雪崩光电二极管、单像素硅光电倍增管或单像素微通道板。
[0020]可选的，所述光源模块包括电源、激光驱动器和激光头，所述电源用于为所述激光驱动器提供能源，所述激光头用于输出所述脉冲激光。
[0021]可选的，所述传输模块包括光纤拉曼探测器、显微探测器或共聚焦显微探测器。
[0022]可选的，所述拉曼光谱采集模块包括拉曼分光单元，所述拉曼分光单元用于将不同波长的拉曼散射光在空间分离。
[0023]可选的，所述拉曼光谱采集模块还包括步进电机和直线导轨，所述步进电机用于带动所述单像素光电探测器沿所述直线导轨移动，以使所述单像素光电探测器接收各个波长的拉曼散射光。
[0024]本技术实施例提供的技术方案，通过光纤分束模块，将光源模块输出脉冲激光分束为两束功率不同的光束，功率较弱的一束用于转换为触发信号，功率较强的一束用于拉曼光谱信号扫描，并在功率较强的一端设置延时光纤，集成光束分光与时间补偿为一体，通过控制模块根据触发信号确定脉冲激光的功率变化，根据功率变化校正数据电信号，提高拉曼光谱测量的准确性，而且无需设置昂贵的、高性能的功率稳定的激光器，有利于降低系统成本。
[0025]应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本技术的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本技术的范围。本技术的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图
获得其他的附图。
[0027]图1为一种拉曼光谱和荧光光谱示意图；
[0028]图2为时间分辨拉曼光谱技术的工作原理示意图；
[0029]图3为本技术实施例提供的第一种时间分辨拉曼光谱装置的结构示意图；
[0030]图4为本技术实施例提供的一种脉冲激光功率随时间变化的示意图；
[0031]图5为本技术实施例提供的一种原始拉曼光谱和经过校正的拉曼光谱的示意图；
[0032]图6为本技术实施例提供的第一种耦合模块的结构示意图；
[0033]图7为本技术实施例提供的第二种耦合模块的结构示意图；
[0034]图8为本技术实施例提供的第二种时间分辨拉曼光谱装置的结构示意图。
具体实施方式
[0035]为了使本
的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
[00本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种时间分辨拉曼光谱装置，其特征在于，包括光源模块、耦合模块、光纤分束模块、光电探测模块、传输模块、拉曼光谱采集模块和控制模块，所述光电探测模块和所述控制模块均与所述拉曼光谱采集模块连接，所述控制模块与所述光电探测模块连接；所述光源模块用于输出脉冲激光；所述耦合模块用于将发散的所述脉冲激光耦合入所述光纤分束模块的输入端；所述光纤分束模块包括第一输出端和第二输出端，所述第一输出端的输出功率小于所述第二输出端的输出功率，所述第二输出端设置有延时光纤；所述光电探测模块用于将所述第一输出端的输出光脉冲转换为触发电信号，所述触发电信号传输至所述拉曼光谱采集模块和所述控制模块；所述传输模块用于将所述第二输出端输出的经过所述延时光纤延迟后的输出光脉冲汇聚至待测样品，并将所述待测样品输出的拉曼散射光传输至所述拉曼光谱采集模块；所述拉曼光谱采集模块包括数据采集卡和单像素光电探测器，所述光电探测模块和所述单像素光电探测器均与所述数据采集卡连接，所述单像素光电探测器用于将所述拉曼散射光转换为数据电信号，所述数据采集卡根据所述触发电信号的触发开始采集所述数据电信号；所述控制模块用于根据所述触发电信号确定所述脉冲激光的功率变化，根据所述功率变化校正所述数据电信号，并对校正后的所述数据电信号进行数据处理。2.根据权利要求1所述的时间分辨拉曼光谱装置，其特征在于，所述耦合模块包括沿光路依次设置的汇聚透镜和光纤准直器，所述光纤准直器的输出光纤与所述光纤分束模块的输入光纤连接；所述汇聚透镜将发散的所述脉冲激...
【专利技术属性】
技术研发人员：王振友，张毅，方广有，
申请(专利权)人：广东大湾区空天信息研究院，
类型：新型
国别省市：
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