共聚焦拉曼光譜儀及其光路裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及光學(xué)儀器領(lǐng)域，特別涉及一種共聚焦拉曼光譜儀及其光路裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]拉曼光譜是一種散射光譜，它是1928年印度物理學(xué)家Chandrasekhara VenkataRaman發(fā)現(xiàn)的，并因此獲得了 1930年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。拉曼光譜作為一種物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的分析測(cè)試手段而被廣泛應(yīng)用，尤其是I960年第一臺(tái)激光器問世以后，激光光源的引入、微弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)的提高和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，使拉曼光譜分析在許多應(yīng)用領(lǐng)域取得很大的進(jìn)展。目前，拉曼光譜已廣泛應(yīng)用于石油、食品、農(nóng)牧、高分子、制藥、生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。
[0003]拉曼光譜儀工作原理如下:當(dāng)一束頻率為V ^的單色光入射到固體、液體或氣態(tài)介質(zhì)時(shí)，會(huì)引起向四面八方輻射的微弱散射光。散射光中較強(qiáng)的是瑞利(Rayleigh)散射，其頻率與入射光頻率V ^相同，其強(qiáng)度和數(shù)量級(jí)約為入射光強(qiáng)的10 _4?10 _3。除瑞利散射外還有拉曼散射，拉曼散射的散射光頻率V與入射光頻率有明顯的變化:V = V(l± I Λ V |，其強(qiáng)度約為瑞利散射的10_8?10 _6，為入射光強(qiáng)度的10_12?10 Λ拉曼散射線的頻率是由入射光頻率與分子固有的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)頻率合成，所以也稱為聯(lián)合散射光。拉曼譜線的頻率隨入射光頻率的變化而變化，但相對(duì)于入射光頻率的頻率差值(頻移)△ V保持不變，且與入射光的頻率無關(guān)，只與散射介質(zhì)本身的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。分子的振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和自旋決定了不同的介質(zhì)對(duì)應(yīng)有不同的拉曼頻移譜圖。
[0004]現(xiàn)有的拉曼光譜儀的光路裝置存在調(diào)試復(fù)雜、激發(fā)聚焦光斑偏大、對(duì)于拉曼信號(hào)較弱的液體例如水等難以進(jìn)行測(cè)量等缺點(diǎn)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本實(shí)用新型的一個(gè)目的在于提出一種具有光路結(jié)構(gòu)簡單、檢測(cè)信號(hào)范圍廣的共聚焦拉曼光譜儀及其光路裝置。
[0006]根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的共聚焦拉曼光譜儀的光路裝置，包括在光路上依次設(shè)置的下述結(jié)構(gòu):激發(fā)光源系統(tǒng)，所述激發(fā)光源系統(tǒng)包括激發(fā)光源和擴(kuò)束鏡；拉曼濾光片組，所述拉曼濾光片組具有一側(cè)接收水平入射光并在另一側(cè)形成與入射光垂直的出射光的濾光片結(jié)構(gòu)；顯微鏡系統(tǒng)，所述顯微鏡系統(tǒng)包括分別設(shè)置于所述拉曼濾光片組樣品出射光一側(cè)的顯微物鏡和設(shè)置于所述拉曼濾光片組的樣品出射光對(duì)側(cè)的管鏡；單色儀，來自所述管鏡匯聚的拉曼信號(hào)射向所述單色儀；以及單光子計(jì)數(shù)器，所述單光子計(jì)數(shù)器探測(cè)來自所述單色儀的拉曼信號(hào)，其中，從所述激發(fā)光源發(fā)出的激光由所述擴(kuò)束鏡擴(kuò)束，穿過所述拉曼濾光片組至所述顯微物鏡，并通過所述顯微物鏡將所述激光聚焦在樣品上并激發(fā)出拉曼信號(hào)，所述拉曼信號(hào)經(jīng)過所述顯微物鏡后變成平行光再通過所述拉曼濾光片組濾掉瑞利散射，此后經(jīng)過所述管鏡聚焦于所述單色儀的入射狹縫處，并被出射狹縫處的所述單光子計(jì)數(shù)器探測(cè)。
[0007]根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的共聚焦拉曼光譜儀的光路裝置，在光路的所有轉(zhuǎn)折部位均采用垂直結(jié)構(gòu)，因此光路的裝調(diào)及其簡單，光程較短，從而可以有效地減少拉曼信號(hào)的損失，有利于擴(kuò)大檢測(cè)范圍；此外，由于采用擴(kuò)束鏡對(duì)激光進(jìn)行擴(kuò)束，能夠充分地利用到顯微物鏡的有效孔徑；并且，由于使用單光子計(jì)數(shù)器作為收集拉曼信號(hào)的探測(cè)器，可以通過適當(dāng)增加積分時(shí)間來提高被測(cè)拉曼信號(hào)的強(qiáng)度。
[0008]另外，根據(jù)本實(shí)用新型上述實(shí)施例的共聚焦拉曼光譜儀的光路裝置，還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0009]根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述拉曼濾光片組包括垂直放置的窄帶濾光片、二向分光部件和水平放置的瑞利濾光片，所述顯微物鏡設(shè)置于所述二向分光部件出射光一側(cè)，所述管鏡設(shè)置于所述瑞利濾光片的出射光一側(cè)。
[0010]根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述二向分光部件為45°平面反射鏡。
[0011]根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述光路裝置還包括一次或多次反射裝置，所述反射裝置接受來自所述管鏡匯聚的拉曼信號(hào)并將其反射至所述單色儀。
[0012]根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述反射裝置為平面反射鏡。
[0013]根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述顯微物鏡采用復(fù)消色差平場(chǎng)無窮遠(yuǎn)金相顯微物鏡。
[0014]根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述顯微物鏡的數(shù)值孔徑NA可以為0.4以上。由于采用了大數(shù)值孔徑的顯微物鏡，有利于增加拉曼散射的收集效率，甚至使得激發(fā)效率只有10_6甚至更低的拉曼信號(hào)探測(cè)得以實(shí)現(xiàn)并商用。
[0015]根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述光路裝置還包括固體樣品成像系統(tǒng)，所述固體樣品成像系統(tǒng)包括推拉反射裝置、CCD成像裝置，所述推拉反射裝置用于將樣品信號(hào)成像于所述CC成像裝置的CCD靶面，以實(shí)現(xiàn)固體樣品的對(duì)焦，由此，可以實(shí)現(xiàn)固體樣品的聚焦和檢測(cè)，所述推拉反射裝置帶有滑動(dòng)裝置，當(dāng)固體樣品需實(shí)現(xiàn)對(duì)焦，所述推拉反射裝置移動(dòng)至光路中，完成對(duì)焦后，所述推拉反射裝置移出光路。
[0016]根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述CCD靶面到所述管鏡的距離和所述單色儀的入射狹縫到所述管鏡的距離相等。這樣可以輕松實(shí)現(xiàn)固體樣品的對(duì)焦與檢測(cè)，通過推拉反射鏡巧妙的實(shí)現(xiàn)對(duì)焦與檢測(cè)的轉(zhuǎn)換。
[0017]根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，聚焦在所述樣品上的光斑的直徑為1.6Mffl以下。由此，可以使激光能量能夠更加集中，從而能夠大大提高拉曼散射的激發(fā)光能量。在一個(gè)示例中，通過擴(kuò)束鏡進(jìn)行7倍以上的擴(kuò)束來實(shí)現(xiàn)上述光斑的聚焦。
[0018]根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，還提出了具有上述任一光路裝置的共聚焦拉曼光譜儀。
【附圖說明】
[0019]圖1是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的共聚焦拉曼光譜儀的光路裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的共聚焦拉曼光譜儀的光路裝置中的固體樣品成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖中，101為激發(fā)光源，102為擴(kuò)束鏡，201為拉曼濾光片組，301為顯微物鏡，302為管鏡，801為單色儀，901為單光子計(jì)數(shù)器，401為樣品，501為平面反射鏡，601為推拉平面反射鏡，701為CXD，2011為窄帶濾光片，2012為二向分光部件，2013為瑞利濾光片。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本實(shí)用新型，而不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。
[0023]下面，首先參考附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例的共聚焦拉曼光譜儀的光路裝置進(jìn)行說明。
[0024]如圖1所示，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的共聚焦拉曼光譜儀的光路裝置，包括在光路上依次設(shè)置的激發(fā)光源系統(tǒng)(包括101和102)，所述激發(fā)光源系統(tǒng)包括激發(fā)光源101和擴(kuò)束鏡102 ;拉曼濾光片組201，所述拉曼濾光片組201具有一側(cè)接收水平入射光并在另一側(cè)形成與入射光垂直的出射光的濾光片結(jié)構(gòu)；顯微鏡系統(tǒng)，所述顯微鏡系統(tǒng)包括分別設(shè)置于所述拉曼濾光片組201樣品出射光一側(cè)的顯微物鏡301和設(shè)置于所述拉曼濾光片組201的樣品出射光對(duì)側(cè)的管鏡302 ;單色儀801，來自所述管鏡302匯聚的拉曼信號(hào)射向所述單色儀801 ;以及單光子計(jì)數(shù)器901，所述單光子計(jì)數(shù)器901探測(cè)來自所述單色儀801的拉曼信號(hào)，其中，從所述激發(fā)光源101發(fā)出的激光由所述擴(kuò)束鏡102擴(kuò)束，穿過所述拉曼濾光片組201至所述顯微物鏡301，并通過所述顯微物鏡301將所述激光聚焦在樣品上并激發(fā)出拉曼信號(hào)，所述拉曼信號(hào)經(jīng)過所述顯微物鏡301后變成平行光再通過所述拉曼濾光片組201濾掉瑞利散射，此后經(jīng)過所述管鏡302聚焦于所述單色儀801的入射狹縫處，并被出射狹縫處的所述單光子計(jì)數(shù)器901探測(cè)。
[0025]如圖2所示，所述拉曼濾光片組201包括垂直放置的窄帶濾光片2011、二向分光部件2012和水平放置的瑞利濾光片2013，所述顯微物鏡301設(shè)置于所述二向分光部件2012出射光一側(cè)，所述管鏡302設(shè)置于所述瑞利濾光片2013的出射光一側(cè)。
[0026]二向分光部件2012為45° 二向分光部件，更優(yōu)地，是45° 二向分光鏡。
[0027]顯微鏡系統(tǒng)包括分別設(shè)置于二向分光部件2012出射光一側(cè)的顯微物鏡301和設(shè)置于瑞利濾光片2013的出射光一側(cè)的管鏡302。
[0028]來自管鏡302匯聚的拉曼信號(hào)射至單色儀801。
[0029]單光子計(jì)數(shù)器901探測(cè)來自單色儀801的拉曼信號(hào)。
[0030]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所述光路裝置還包括一次或多次反射裝置，所述反射裝置接受來自所述管鏡匯聚的拉曼信號(hào)并將其反射至所述單色儀。
[0031]更優(yōu)地，所述反射裝置為平面反射鏡501，可選地，為45°平面反射鏡。
[0032]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，選用50mW波長532nm超穩(wěn)定、極小頻移的DPSS激光器作為激發(fā)光源101。
[0033]其中，顯微鏡系統(tǒng)分別采用復(fù)消色差平場(chǎng)無窮遠(yuǎn)金相顯微物鏡。
[0034]其中，顯微物鏡301的數(shù)值孔徑NA可以為0.4以上。由于采用了大數(shù)值孔徑的顯微物鏡，有利于增加拉曼散射的收集效率，甚至使得激發(fā)效率只有10_6甚至更低的拉曼信號(hào)探測(cè)得以實(shí)現(xiàn)并商用。
[0035]根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，聚焦在所述樣品上的光斑的直徑為