一种表面增强拉曼光谱测试系统技术方案

一种表面增强式拉曼光谱测试系统，涉及光谱检测技术领域，所解决的是提高检测灵敏度的技术问题。该系统包括光栅光谱仪、激光光源、探测探头、表面增强采样模块；所述探测探头包括拉曼激发光光纤头、光源侧准直透镜、短波通滤光片、窄带滤光片、45度全反射镜、45度双色滤光片、长波通滤光片、聚焦透镜、拉曼接收光纤头；所述表面增强采样模块包括耦合透镜、激光入射光纤头、激光出射光纤头、表面增强金属层。本发明专利技术提供的系统，能用于检测低微浓度样品。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光谱检测技术，特别是涉及一种表面增强式拉曼光谱测试系统的技术。
技术介绍
激发光的光子将待测物质电子激发到一个高能态，高能态电子随即跃迁到一个低能态，同时发出散射光子。若电子的初态与末态的能级相同，根据能量守恒，那么散射光子与入射光子能量相等，此现象称为瑞利散射；若电子初态与末态能级不同，那么散射光子与入射光子能量不同，此现象称为拉曼散射。拉曼光谱是一种振动谱形式，即能量跃迁产生于分子的振动。因为振动与官能团相关，当跃迁能量描绘成谱图时，即可用来识别分子。现有拉曼光谱测量系统一般包括激光光源、探测探头、光谱仪，其中激光光源作为拉曼信号的激发光源，激发光被探测探头的透镜聚焦后照射到被测样品表面，探测探头是对激发光进行滤波、聚焦；对拉曼信号光进行收集、滤波，然后传输到光谱仪，光谱仪用来色散拉曼信号光，探测不同波长处拉曼信号强度。现有拉曼光谱测量系统的缺陷在于：激发光是聚焦后照射到被测样品，是单点激发拉曼信号，绝大部分的激发光都被锐利散射掉，没有充分利用，激发光聚焦成点照射到样品表面，所产生的拉曼信号光以激发光照射点为中心向四周辐射，而探头的拉曼光收集系统受限于其透镜的NA和工作距离限制，只能收集很小的一个范围角内的拉曼辐射信号，因此使本就比较微弱的拉曼信号更加微弱，难于探测。因此，激发光与样品的作用距离较短，拉曼信号的产出效率及收集效率都较低，使系统检测灵敏度较差，难以检测低微浓度样品。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种拉曼信号的产出效率及收集效率高，因而系统检测灵敏度高，能用于检测低微浓度样品的表面增强式拉曼测试系统。为了解决上述技术问题，本专利技术所提供的一种表面增强式拉曼光谱测试系统，包括光栅光谱仪、激光光源、探测探头、表面增强采样模块；所述探测探头包括拉曼激发光光纤头、光源侧准直透镜、短波通滤光片、窄带滤光片、45度全反射镜、45度双色滤光片、长波通滤光片、聚焦透镜、拉曼接收光纤头；其特征在于：还包括表面增强采样模块，所述表面增强采样模块包括耦合透镜、激光入射光纤头、激光出射光纤头、表面增强金属层；该系统具有两条光路，其中的一条光路为激发光路，另一条光路为检测光路；所述激发光路的光路结构为：从激光光源出发，先经过拉曼激发光光纤头，再从光源侧准直透镜的发散光入射面进入并穿过光源侧准直透镜，再依次经短波通滤光片、窄带滤光片、45度全反射镜、45度双色滤光片、耦合透镜、激光入射光纤头、激光出射光纤头，到达表面增强金属层；所述检测光路的光路结构为：从表面增强金属层出发，依次经激光出射光纤头、激光入射光纤头、耦合透镜、45度双色滤光片、长波通滤光片、聚焦透镜、拉曼接收光纤头，到达光栅光谱仪。本专利技术提供的表面增强式拉曼测试系统，引入了表面增强效应，显著提高了拉曼信号光的产出效率及收集效率，因而系统检测灵敏度高，能用于检测低微浓度样品。附图说明图1是本专利技术实施例的表面增强式拉曼测试系统的结构示意图；图2是本专利技术实施例的表面增强式拉曼测试系统中的探测探头的结构示意图。具体实施方式以下结合附图说明对本专利技术的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本专利技术，凡是采用本专利技术的相似结构及其相似变化，均应列入本专利技术的保护范围。如图1-图2所示，本专利技术实施例所提供的一种表面增强式拉曼测试系统，包括光栅光谱仪1、激光光源4、探测探头2；所述探测探头2包括拉曼激发光光纤头20、光源侧准直透镜21、短波通滤光片22、窄带滤光片23、45度全反射镜24、45度双色滤光片25、长波通滤光片26、聚焦透镜27、拉曼接收光纤头28；其特征在于：还包括表面增强采样模块，所述表面增强采样模块包括耦合透镜30、激光入射光纤头31、激光出射光纤头32、表面增强金属层34；该系统具有两条光路，其中的一条光路为激发光路，另一条光路为检测光路；所述激发光路的光路结构为：从激光光源4出发，先经过拉曼激发光光纤头20，再从光源侧准直透镜21的发散光入射面进入并穿过光源侧准直透镜21，再依次经短波通滤光片22、窄带滤光片23、45度全反射镜24、45度双色滤光片25、耦合透镜30、激光入射光纤头31、激光出射光纤头32，到达表面增强金属层34；所述检测光路的光路结构为：从表面增强金属层34出发，依次经激光出射光纤头32、激光入射光纤头31、耦合透镜30、45度双色滤光片25、长波通滤光片26、聚焦透镜27、拉曼接收光纤头28，到达光栅光谱仪1。本专利技术实施例中，所述光栅光谱仪1、激光光源4均为现有技术；光栅光谱仪是一种光谱分析设备，能将通过光纤输入的拉曼信号光按照波长进行强度分析，给出拉曼信号光的谱图数据；激光光源是一种窄线宽激光器，它能发射特定波长的激光（如532nm和785nm的激光），该激光作为拉曼信号的激发光通过光纤传输到探测探头，在探测探头内经过滤波、反射后聚焦到耦合透镜上，再经光纤传输到激光出射光纤头32和表面增强金属层34之间的待测样品液滴33上。本专利技术实施例中，所述短波通滤光片22用于吸收激光源的无用长波成分杂光，以降低对系统长波探测信号的干扰；所述窄带滤光片23能进一步净化激发光源的激光输出，滤除激发光的边模；所述45度全反射镜24能反射45度入射的拉曼激发光，使经过窄带滤光片23的激光转折90度，入射到45度双色滤光片25；所述45度双色滤光片25能反射转折45度入射的拉曼激发光，同时允许45度入射的拉曼信号光通过；所述长波通滤光片26能有效滤除残余的激发光，使激发光不致影响探测器对拉曼信号光的响应；所述聚焦透镜27能将通过长波通滤光片26的拉曼信号光进行聚焦，耦合进拉曼接收光纤头28；所述耦合透镜30用于将探测探头出射的激发光耦合进激光入射光纤头31，同时也可以将由激光入射光纤头31出射的拉曼信号光准直；所述激光入射光纤头31和激光出射光纤头32均为光纤插针结构，并且端面光学抛光，激光出射光纤头32可以吸附待测量的样品液滴33，样品液滴33对从激光出射光纤头32出射的激发光有一定的聚焦作用，同时对激发的拉曼信号又可以聚焦耦合进激光出射光纤头32；所述表面增强金属层34是具有一定粗糙度的金镀层、银镀层、铜镀层或金属针，其可以显著增强拉曼信号光的产出率，通常可以提高3个量级以上。本专利技术实施例的工作原理如下：激光光源4发射的激光经过光纤传输到拉曼激发光光纤头20，再从光源侧准直透镜21的发散光入射面进入并穿过光源侧准直透镜21，被光源侧准直透镜21准直后，再依次先穿过短波通滤光片22滤除长波杂光，再经过窄带滤光片23滤除边模，再经45度全反射镜24反射后，光路转折90度，入射到45度双色滤光片25，被45度双色滤光片25全反射后，入射到耦合透镜30，再由耦合透镜30耦合进激光入射光纤头31，经过光纤传输后，从激光出射光纤头32出射，入射到待测样品液滴33上，在表面增强金属层34的增强作用下，产生增强的拉曼光信号；增强的拉曼信号光被样品液滴33本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面增强拉曼光谱测试系统，包括光栅光谱仪、激光光源、探测探头；所述探测探头包括拉曼激发光光纤头、光源侧准直透镜、短波通滤光片、窄带滤光片、45度全反射镜、45度双色滤光片、长波通滤光片、聚焦透镜、拉曼接收光纤头；其特征在于：还包括表面增强采样模块，所述表面增强采样模块包括耦合透镜、激光入射光纤头、激光出射光纤头、表面增强金属层；该系统具有两条光路，其中的一条光路为激发光路，另一条光路为检测光路；所述激发光路的光路结构为：从激光光源出发，先经过拉曼激发光光纤头，再从光源侧准直透镜的发散光入射面进入并穿过光源侧准直透镜，再依次经短波通滤光片、窄带滤光片、45度全反射镜、45度双色滤光片、耦合透镜、激光入射光纤头、激光出射光纤头，到达表面增强金属层；所述检测光路的光路结构为：从表面增强金属层出发，依次经激光出射光纤头、激光入射光纤头、耦合透镜、45度双色滤光片、长波通滤光片、聚焦透镜、拉曼接收光纤头，到达光栅光谱仪。

【技术特征摘要】
1.一种表面增强拉曼光谱测试系统，包括光栅光谱仪、激光光源、探测探头；
所述探测探头包括拉曼激发光光纤头、光源侧准直透镜、短波通滤光片、窄带滤光片、45度全反射镜、45度双色滤光片、长波通滤光片、聚焦透镜、拉曼接收光纤头；
其特征在于：还包括表面增强采样模块，所述表面增强采样模块包括耦合透镜、激光入射光纤头、激光出射光纤头、表面增强金属层；
该系统具有两条光路，其中的一条光路为激发光路，另一条光路为检测光路；
所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：于永爱，吕超，陈娟，
申请(专利权)人：上海如海光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31