集成式拉曼光谱检测器制造技术

描述了一种利用外差检测方案进行拉曼光谱的系统和方法。该外差检测方案能够将已经穿过待分析样品的辐射的经调制的部分与基准辐射组合，以生成组合的频率信号。该基准辐射的至少一部分能够被从该组合的频率信号滤出，产生经滤波的频率信号。可以根据经滤波的信号确定与样品相关的信息。然后可以分析所确定的信息以确定该样品的化学成分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
拉曼光谱是调查并确定无论是固态的、液态的或气态的形式的样品的化学成分的一种众所周知的方法。精细的激光器，通常是以单波长运行的单模激光器，是针对该样品的。分散的拉曼信号通过光学探针被收集并且在高分辨率光谱仪中进行分析。激光器以波长λi发射包括光子在内的输入信号。光子被该样品以取决于该样品的化学成分的位移的波长λo散射，其中λo>λi。该位移是在散射之前促使某些输入能量被样品吸收的依赖分子的光子的结果。散射的光子对于每个分子来说是唯一的，因此收集到的光谱是样品的化学成分的唯一表示。只有一小部分的输入信号引起拉曼效应(总输入信号的10-9量级)，所以必须极大地加强检测。这产生了对用于检测的高分辨率和低噪音光谱仪的需求。这种光谱仪通常尺寸较大，获取和运行的成本昂贵，并需要冷却，而冷却产生额外的功耗和额外的费用。近来，一些手持式光谱仪已经出现，这种手持式光谱仪的尺寸减小，但是却以降低光谱分辨率为代价，从而限制了其有用性。为了达到足够的分辨率，传统光谱仪需要高度地分散光，因此，传统光谱仪在进行小型化或被设计成较小的设备时功能受到限制。在典型的拉曼光谱设备中，光谱仪占成本的75％以上，并且占据相似比例的装置尺寸和重量。
技术实现思路
在通常的一方面，实施方式公开了一种用于进行拉曼光谱的系统。该系统包括至少一个第一辐射源，所述至少一个第一辐射源被配置为以第一频率产生第一辐射并且将所述第一辐射指向待分析的样品，其中，所述第一辐射的至少一部分穿过所述样品并且被所述样品调制，从而产生所述第一辐射的经调制的部分；至少一个第二辐射源，该至少一个第二辐射源被配置为以第二频率生成基准辐射；接收光学器件，该接收光学器件被配置为收集该第一辐射的经调制的部分；以及至少一个检测装置，该至少一个检测装置被配置为接收包括所述第一辐射的所述经调制的部分以及所述基准辐射的组合的频率信号，所述至少一个检测装置包括至少一个滤波器，所述至少一个滤波器被配置为从所述组合的频率信号中过滤所述基准辐射的至少一部分，以生成经滤波的频率信号。在通常的另一方面，实施方式公开了一种进行拉曼光谱的方法。该方法包括：提供待分析的样品；将来自至少一个第一辐射源的第一辐射指向所述样品，其中，所述第一辐射的至少一部分穿过所述样品并且被所述样品调制，从而产生所述第一辐射的经调制的部分；在一个或多个接收光学器件处收集所述第一辐射的所述经调制的部分；将所述第一辐射的所述经调制的部分从所述一个或多个接收光学器件指向至少一个检测装置；将所述第一辐射的所述经调制的部分与来自至少一个第二辐射源的基准辐射组合，以生成组合的频率信号；以及在至少一个滤波器处对所组合的频率信号进行滤波以除去所述基准辐射的至少一部分，以生成经滤波的频率信号。在通常的另一方面，实施方式公开了一种确定样品的化学成分的系统。该系统包括：至少一个第一激光器，该至少一个第一激光器被配置为产生具有第一频率的第一辐射并且将所述第一辐射指向待分析的样品，其中，所述第一辐射的至少一部分穿过所述样品并且被所述样品调制，从而产生所述第一辐射的经调制的部分；至少一个第二激光器，该至少一个第二激光器被配置产生具有第二频率的基准辐射；接收光学器件，该接收光学器件被配置为收集所述第一辐射的所述经调制的部分；检测装置，该检测装置被配置为接收包括所述第一辐射的所述经调制的部分以及所述基准辐射的组合的频率信号。所述检测装置包括：至少一个滤波器，该至少一个滤波器被配置为从所述组合的频率信号中过滤所述基准辐射的至少一部分，以生成经滤波的频率信号，以及至少一个传感器，该至少一个传感器被配置为根据所述经滤波的频率信号确定与所述样品相关的信息。所述分析装置被配置为根据所确定的信息来确定所述样品的化学成分。在通常的另一方面，实施方式公开了一种确定样品的化学成分的方法。该方法包括以下步骤：提供待分析的样品；将来自至少一个第一激光器的第一辐射指向所述样品，其中，所述第一辐射的至少一部分穿过所述样品并且被所述样品调制，从而产生所述第一辐射的经调制的部分；在一个或多个接收光学器件处收集所述第一辐射的所述经调制的部分；将所述第一辐射的所述经调制的部分从所述一个或多个接收光学器件指向检测装置；将所述第一辐射的所述经调制的部分与来自至少一个第二辐射源的基准辐射进行组合，以生成组合的频率信号；在至少一个滤波器处对所述组合的频率信号进行滤波以除去所述基准辐射的至少一部分，以生成经滤波的频率信号；在至少一个传感器处根据所述经滤波的频率信号确定与所述样品相关的信息；以及在分析装置处根据所确定的信息来确定所述样品的化学成分。前述内容仅仅是说明性的，不得以任何方式用于限制。除了说明性的方面之外，上述的实施方式和特征、其他方面、实施方式和特征将通过参照附图和下面的详细说明变得明显。附图说明图1示出用于进行拉曼光谱的示例性系统。图2示出用于进行拉曼光谱的示例性过程。图3示出用于进行拉曼光谱的另选的系统。具体实施方式拉曼光谱提供了关于能够用于样品鉴定和定量的分子振动的信息。该技术涉及在样品上照射单色光源(即，激光器)以及检测散射光。散射光的大部分与激励源的频率相同；这被称为瑞利或弹性散射。由于入射电磁波和样品中分子的振动能量级之间的相互作用，少量散射光(约10-5％的入射光强)从激光频率开始在能量上位移。针对频率测绘该“位移的”的光的强度产生样品的拉曼光谱。通常，相对于激光频率来测绘拉曼光谱，使得瑞利谱带处于0cm-1。以这种规模，谱带位置将位于与不同的功能组振动的能量级相对应的频率处。因此能够与红外吸收光谱相似地解释拉曼光谱。如本文中所用，“拉曼光谱”是指大约100cm-1到5000cm-1的辐射频率范围，正如从辐射源的频率所位移的那样。单位cm-1表示已经穿过正被分析的样品的所产生的信号与最初针对该样品的输入信号相比的位移。拉曼光谱位移Δω的范围可以利用下面的换算来确定：Δω(cm-1)=(1λ0(nm)-1λ1(nm))×107]]>该换算有效地使波长范围乘以(nm)/(cm)。本公开涉及一种用于根据拉曼光谱的外差检测方案解决拉曼光谱学中的现存问题的集成式方案。该方案是基于诸如激光这样的指向辐射、在待分析的样品处发生并且以标准的方式收集拉曼信号。然而，代替使用光谱仪来使拉曼信号分散以便能够查看拉曼光谱，外差检测方案利用与拉曼信号进行组合的可调谐激光器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于进行拉曼光谱的系统，该系统包括：至少一个第一辐射源，所述至少一个第一辐射源被配置为以第一频率产生第一辐射并且将所述第一辐射指向待分析的样品，其中，所述第一辐射的至少一部分穿过所述样品并且被所述样品调制，从而产生所述第一辐射的经调制的部分；至少一个第二辐射源，所述至少一个第二辐射源被配置为以第二频率产生基准辐射；接收光学器件，所述接收光学器件被配置为收集所述第一辐射的经调制的部分；以及至少一个检测装置，所述至少一个检测装置被配置为接收包括所述第一辐射的所述经调制的部分以及所述基准辐射的组合的频率信号，所述至少一个检测装置包括至少一个滤波器，所述至少一个滤波器被配置为从所述组合的频率信号中过滤所述基准辐射的至少一部分，以生成经滤波的频率信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于进行拉曼光谱的系统，该系统包括：
至少一个第一辐射源，所述至少一个第一辐射源被配置为以第一频率产生第一辐
射并且将所述第一辐射指向待分析的样品，其中，所述第一辐射的至少一部分穿过所
述样品并且被所述样品调制，从而产生所述第一辐射的经调制的部分；
至少一个第二辐射源，所述至少一个第二辐射源被配置为以第二频率产生基准辐
射；
接收光学器件，所述接收光学器件被配置为收集所述第一辐射的经调制的部分；
以及
至少一个检测装置，所述至少一个检测装置被配置为接收包括所述第一辐射的所
述经调制的部分以及所述基准辐射的组合的频率信号，所述至少一个检测装置包括至
少一个滤波器，所述至少一个滤波器被配置为从所述组合的频率信号中过滤所述基准
辐射的至少一部分，以生成经滤波的频率信号。
2.根据权利要求1所述的系统，所述系统进一步包括分析装置，所述分析装置
被配置为根据所述经滤波的频率信号确定所述样品的化学成分。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个第一辐射源是具有可调谐
分辨率的动态可调谐辐射源，使得所述至少一个第一辐射源被配置为对频率的动态范
围进行扫描。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个第一辐射源是可调谐激光
器，该可调谐激光器被配置为使得所述第一频率位于拉曼光谱内，其中，所述拉曼光
谱的频率位于如从所述可调谐激光器的频率所位移的100到5000cm-1范围内。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述至少一个第二辐射源是可调谐激光
器，该可调谐激光器被配置为使得所述基准辐射位于所述第一辐射的频率的5000
cm-1内。
6.根据权利要求4所述的系统，其中，所述至少一个第二辐射源是扫描激光器，
该扫描激光器被配置为使得所述基准辐射的频率位于所述第一辐射的频率的5000
cm-1内。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个检测装置进一步包括非线

\t性混合器。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个第一辐射源是可调谐激光
二极管，并且所述至少一个第二辐射源是可调谐激光二极管。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个第一辐射源是脉冲激光源，
并且所述至少一个第二辐射源是可调谐脉冲激光器。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个滤波器是直流电子滤波器。
11.一种进行拉曼光谱的方法，该方法包括以下步骤：
提供待分析的样品；
将来自至少一个第一辐射源的第一辐射指向所述样品，其中，所述第一辐射的至
少一部分穿过所述样品并且被所述样品调制，从而产生所述第一辐射的经调制的部
分；
在一个或多个接收光学器件处收集所述第一辐射的所述经调制的部分；
将所述第一辐射的所述经调制的部分从所述一个或多个接收光学器件指向至少
一个检测装置；
将所述第一辐射的所述经调制的部分与来自至少一个第二辐射源的基准辐射组
合，以生成组合的频率信号；以及
在至少一个滤波器处对所组合的频率信号进行滤波以除去所述基准辐射的至少
一部分，以生成经滤波的频率信号。
12.根据权利要求11所述的方法，所述方法进一步包括在分析装置处根据所述
经滤波的频率信号确定所述样品的化学成分。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述至少一个第一辐射源是具有可调
谐分辨率的动态可调谐辐射源，使得所述至少一个第一辐射源被配置为对频率的动态
范围进行扫描。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述至少一个第一辐射源是可调谐激
光器，该可调谐激光器被配置为使得所述第一辐射位于拉曼光谱内，其中，所述拉曼
光谱的频率位于如从所述可调谐激光器的频率所位移的100到5000cm-1范围内。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述至少一个第二辐射源是可调谐激
光器，该可调谐激光器被配置为使得所述基准辐射的频率位于所述第一辐射的频率的
5000cm-1内。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述至少一个第二辐射源是扫描激光
器，该扫描激光器被配置为使得所述基准辐射的频率位于所述第一辐射的频率的
5000cm-1内。
17.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一辐射的所述经调制的部分和
所述基准辐射被非线性混合器所组合。
18.根据权利要求11所述的系统，其中，所述至少一个第一辐射源是可调谐激
光二极管，并且所述至少一个第二辐射源是可调谐激光二极管。
19.根据权利要求11所述的系统，其中，所述至少一个第一辐射源是可调谐脉
冲激光器，并且所述至少一个第二辐射源是可调谐脉冲激光器。
20.根据权利要求11所述的系统，其中，所述至少一个滤波器是直流电子滤波
器。
21.一种用于确定样品的化学成分的系统，该系统包括：
至少一个第一激光器，该至少一个第一激光器被配置为产生具有第一频率的第一
辐射并且将所述第一辐射...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫迪埃·马加利特，A·利普森，
申请(专利权)人：英派尔科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US