拉曼散射激發(fā)裝置和拉曼檢測儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種拉曼散射激發(fā)裝置和拉曼檢測儀，其特征在于，包括：被入射激光照射后產(chǎn)生等離子波的微金屬柱陣列；位于微金屬柱陣列上方用于固定微金屬柱陣列的球面玻璃基板；以及位于微金屬柱陣列上方用于的第一透鏡。其中，微金屬柱陣列包括密集排布在球面玻璃基板下方的若干個微金屬柱，每個微金屬柱的上表面固定于玻璃球面基板的下表面。每個微金屬柱均為圓柱形，圓柱形的延伸方向與球面玻璃基板的半徑方向一致，每個微金屬柱的直徑為納米或微米級，球面玻璃基板的球心與第一透鏡的焦點重合。本實用新型的拉曼激發(fā)裝置能夠增強(qiáng)拉曼效應(yīng)。
【專利說明】拉曼散射激發(fā)裝置和拉曼檢測儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種拉曼散射激發(fā)裝置，屬于光學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]拉曼效應(yīng)，也稱拉曼散射，光子的非彈性散射現(xiàn)象，1928年由印度物理學(xué)家錢德拉塞卡拉?拉曼發(fā)現(xiàn)，指光波在被散射后頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。當(dāng)光線從一個原子或分子散射出來時，絕大多數(shù)的光子，都是彈性散射的，這稱為瑞利散射。在瑞利散射下，散射出來的光子，跟射入時的光子，它的能量、頻率與波長是相同的。然而，有一小部份散射的光子，大約是一千萬個光子中會出現(xiàn)一個，散射后的頻率會產(chǎn)生變化，通常是低于射入時的光子頻率，原因是入射光子和介質(zhì)分子之間發(fā)生能量交換。這即是拉曼散射。
[0003]拉曼散射與生俱來就有信號微弱的特點，特別是對氣體或者低濃度液體進(jìn)行拉曼光譜分析時，由于待測物質(zhì)分子濃度特別低，要得到高質(zhì)量的拉曼光譜相對較難，通常需要用到大功率激光器和較長路徑的樣品池。在激光器功率有限、樣品微量的情況下，如何增強(qiáng)拉曼效應(yīng)是提高拉曼光譜質(zhì)量的關(guān)鍵。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型是為了解決上述問題而進(jìn)行的，目的在于提供一種能夠增強(qiáng)拉曼效應(yīng)的拉曼散射激發(fā)裝置。
[0005]本實用新型提供一種拉曼散射激發(fā)裝置，其特征在于，包括:被入射激光照射后產(chǎn)生等離子波的微金屬柱陣列；位于微金屬柱陣列上方用于固定微金屬柱陣列的球面玻璃基板；以及位于微金屬柱陣列上方用于將平行入射激光會聚到微金屬柱陣列上的第一透鏡。
[0006]其中，微金屬柱陣列包括密集排布在球面玻璃基板下方的若干個微金屬柱，每個微金屬柱的上表面固定于球面玻璃基板的下表面。每個微金屬柱均為圓柱形，圓柱形的延伸方向與球面玻璃基板的半徑方向一致，每個微金屬柱的直徑為納米或微米級，球面玻璃基板的球心與第一透鏡的焦點重合。
[0007]另外，在本實用新型的拉曼散射激發(fā)裝置中，還可以具有這樣的特征，還包括:位于微金屬柱陣列下方用于接收拉曼散射光的探測器。
[0008]另外，在本實用新型的拉曼散射激發(fā)裝置中，還可以具有這樣的特征，還包括:位于微金屬柱陣列和探測器之間用于會聚拉曼散射光到探測器上的第二透鏡。
[0009]另外，在本實用新型的拉曼散射激發(fā)裝置中，還可以具有這樣的特征，還包括:用于容納待檢測樣品的透明容納腔，透明容納腔的范圍圍繞于球心附近區(qū)域的四周。
[0010]另外，在本實用新型的拉曼散射激發(fā)裝置中，還可以具有這樣的特征:其中，待檢測樣品為氣體或低濃度的液體。
[0011]本實用新型還提供一種拉曼檢測儀，其特征在于，包括:提供入射激光的光源；用于激發(fā)樣品中拉曼散射光的拉曼散射激發(fā)裝置，拉曼散射激發(fā)裝置為上述的拉曼散射激發(fā)裝置；以及與拉曼散射激發(fā)裝置連接的光譜分析儀，用于測量拉曼散射光中不同波長光的相對強(qiáng)度以獲得拉曼光譜。
[0012]實用新型作用與效果
[0013]根據(jù)本實用新型的拉曼散射激發(fā)裝置，因為具有微金屬柱陣列，包括密集排布在球面玻璃基板下方的若干個微金屬柱，入射激光垂直照射到每個微金屬柱的上表面，使得下表面邊緣處激發(fā)等離子體波，等離子體波的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于入射激光，使得入射到樣品中的光子能量急劇增強(qiáng)，增強(qiáng)了拉曼效應(yīng)。
[0014]另外，由于微金屬柱的延伸方向與球面玻璃基板的半徑方向一致，每個下表面集中在球心附近區(qū)域，使得等離子體波在球心附近區(qū)域會聚，產(chǎn)生巨大的電磁場增強(qiáng)作用，導(dǎo)致樣品中分子的拉曼散射強(qiáng)度增加，進(jìn)一步增強(qiáng)了拉曼效應(yīng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型的拉曼檢測儀在實施例中的結(jié)構(gòu)示意圖；以及
[0016]圖2是本實用新型的拉曼散射激發(fā)裝置在實施例中的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0017]以下參照附圖對本實用新型所涉及的拉曼散射激發(fā)裝置做詳細(xì)闡述。
[0018]圖1是本實用新型的拉曼檢測儀在實施例中的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]如圖1所示，拉曼檢測儀20包括光源11、拉曼散射激發(fā)裝置10和光譜分析儀12。光源11能夠提供入射激光，能夠發(fā)射垂直方向的平行激光束。拉曼散射激發(fā)裝置10用于激發(fā)樣品中拉曼散射光。光譜分析儀12用于測量拉曼散射光中不同波長光的相對強(qiáng)度以獲得拉曼光譜。
[0020]圖2是本實用新型的拉曼散射激發(fā)裝置在實施例中的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]如圖2所示，拉曼散射激發(fā)裝置10包括第一透鏡1、球面玻璃基板2、微金屬柱陣列3、第二透鏡4、探測器5、以及透明容納腔20。
[0022]第一透鏡I位于球面玻璃基板2的上方。第一透鏡I的焦點與球面玻璃基板2的球心重合。
[0023]微金屬柱陣列3位于球面玻璃基板2的下方,包括密集排布的若干個微金屬柱31。每個微金屬柱31均為圓柱形，直徑均為2微米。圓柱形的延伸方向與球面玻璃基板2的半徑方向一致。每個微金屬柱31的上表面均固定于球面玻璃基板2的下表面。
[0024]樣品包括氣體或者低濃度的液體。透明容納腔20放置在球心處，范圍圍繞在球心附近區(qū)域的四周，用來容納樣品。透明容納腔20兩端設(shè)置進(jìn)口和出口。樣品能夠從進(jìn)口填充透明容納腔20，并從出口排出。
[0025]第二透鏡4位于微金屬柱陣列下方。探測器5位于第二透鏡4下方，且處于第二透鏡4的焦平面上。探測器5還與光譜分析儀12連接。
[0026]拉曼散射激發(fā)過程:
[0027]光源11射過來的垂直方向的平行激光束照射到第一透鏡I上，經(jīng)第一透鏡I的會聚后，會照射到球面玻璃基板2上，并射向球心。然后，透過球面玻璃基板2，垂直照射到每個微金屬柱31的上表面，使得微金屬柱31的下表面邊緣處激發(fā)等離子體波。等離子體波的強(qiáng)度很高，達(dá)到入射激光強(qiáng)度的幾十或幾百倍。在微金屬柱直徑、材料、間距以及排列方式確定的情況下，等離子體波還受入射激光的偏振狀態(tài)和波長等影響而發(fā)生強(qiáng)度變化。
[0028]由于微金屬柱31密集排布在球面玻璃基板2的下方,而且都指向球心,使得微金屬柱31的下表面邊緣集中在球心附近區(qū)域，導(dǎo)致等離子體波在球心附近區(qū)域會聚，形成激發(fā)場。激發(fā)場對放入其中的樣品產(chǎn)生巨大的電磁場增強(qiáng)作用，會大大增強(qiáng)樣品的拉曼散射強(qiáng)度。因此，即使樣品中分子濃度非常低，如氣體或者低濃度的液體，接觸到激發(fā)場時，也會被激發(fā)出高強(qiáng)度的拉曼散射光。
[0029]樣品在激發(fā)場被激發(fā)拉曼散射光，拉曼散射光經(jīng)第二透鏡4收集并會聚到探測器5上，被探測器5接收。探測器5會將拉曼信號傳遞至拉曼光譜分析儀12，能夠得到高質(zhì)量的拉曼光譜，從而很容易分析出樣品的成分等。
[0030]實施例作用與效果
[0031]根據(jù)本實施例的拉曼散射激發(fā)裝置，因為具有微金屬柱陣列，包括密集排布在球面玻璃基板下方的若干個微金屬柱，入射激光垂直照射到每個微金屬柱的上表面，使得下表面邊緣處激發(fā)等離子體波，等離子體波的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于入射激光，使得入射到樣品中的光子能量急劇增強(qiáng)，增強(qiáng)了拉曼效應(yīng)。
[0032]另外，由于微金屬柱的延伸方向與球面玻璃基板的半徑方向一致，每個下表面集中在球心附近區(qū)域，使得等離子體波在球心附近區(qū)域會聚，產(chǎn)生巨大的電磁場增強(qiáng)作用，導(dǎo)致樣品中分子的拉曼散射強(qiáng)度增加，進(jìn)一步增強(qiáng)了拉曼效應(yīng)。
[0033]當(dāng)然，本實用新型涉及的拉曼散射激發(fā)裝置并不僅僅限定于上述【具體實施方式】。微金屬柱的直徑還可以為200納米至10微米范圍內(nèi)的其他數(shù)值大小，而且微金屬柱的直徑越小，下表面排布越密集，激發(fā)場中的電磁場增強(qiáng)作用就越大。
【權(quán)利要求】
1.一種拉曼散射激發(fā)裝置，其特征在于，包括: 被入射激光照射后產(chǎn)生等離子波的微金屬柱陣列； 位于所述微金屬柱陣列上方用于固定所述微金屬柱陣列的球面玻璃基板；以及位于所述微金屬柱陣列上方用于將平行入射激光會聚到所述微金屬柱陣列上的第一透鏡， 其中，微金屬柱陣列包括密集排布在所述球面玻璃基板下方的若干個微金屬柱，每個所述微金屬柱的上表面固定于所述球面玻璃基板的下表面， 每個所述微金屬柱均為圓柱形，所述圓柱形的延伸方向與所述球面玻璃基板的半徑方向一致，每個所述微金屬柱的直徑為納米或微米級， 所述球面玻璃基板的球心與所述第一透鏡的焦點重合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉曼散射激發(fā)裝置，其特征在于，還包括: 位于所述微金屬柱陣列下方用于接收拉曼散射光的探測器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的拉曼散射激發(fā)裝置，其特征在于，還包括: 位于所述微金屬柱陣列和所述探測器之間用于會聚所述拉曼散射光到所述探測器上的第二透鏡。
4.根據(jù)所述權(quán)利要求1中的拉曼散射激發(fā)裝置，其特征在于，還包括: 用于容納待檢測樣品的透明容納腔，所述透明容納腔的范圍圍繞于所述球心附近區(qū)域的四周。
5.根據(jù)所述權(quán)利要求1中的拉曼散射激發(fā)裝置，其特征在于: 其中，所述待檢測樣品為氣體或低濃度的液體。
6.一種拉曼檢測儀，其特征在于，包括: 提供入射激光的光源； 用于激發(fā)樣品中拉曼散射光的拉曼散射激發(fā)裝置，所述拉曼散射激發(fā)裝置為權(quán)利要求1至權(quán)利要求5中任意一項所述的拉曼散射激發(fā)裝置；以及 與所述拉曼散射激發(fā)裝置連接的光譜分析儀，用于測量拉曼散射光中不同波長光的相對強(qiáng)度以獲得拉曼光譜。
【文檔編號】G01N21/65GK204064915SQ201420519248
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月11日
【發(fā)明者】郭漢明, 瑚琦, 高鵬飛 申請人:上海鑒譜光電科技有限公司