一种空间偏移量可调的拉曼光谱系统及拉曼光谱探测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种空间偏移量可调的拉曼光谱系统及拉曼光谱探测方法，此拉曼光谱系统包括激光器(1)、光路转换装置(2)、聚焦采集光学系统(3)、耦合光学系统(4)、光纤束(5)、至少一光谱仪(6)。光纤束(5)的输入端设置于所述耦合光学系统(4)的焦平面处，所述光纤束(5)的输入端的光纤呈环状分布，中心处设置至少一根光纤，外环位置设置多根与中心处的光纤的距离相同并且构成圆形排列的光纤；所述光纤束(5)的输出端连接所述光谱仪(6)。本发明专利技术能够在不需要移动采样光纤或增加采样光纤的数量的情况下，方便地实现拉曼光谱仪的空间偏移量的可连续调节。

Raman spectrum system with adjustable space deviation and Raman spectrum detection method

The invention discloses a detecting method of Raman spectroscopy system and Raman spectrum of a spatial offset is adjustable, this system includes laser Raman spectroscopy (1), an optical path converting device (2), (3) acquisition focusing optical system, optical system, optical fiber bundle (4) (5), at least one spectrometer (6). The fiber bundle (5) is arranged on the input end of the optical coupling system (4) of the focal plane, the optical fiber bundle (5) fiber was distribution of cyclic input, at least one optical fiber is provided at the center, and a plurality of center arranged at the outer position of optical fiber and optical fiber of the same distance the circular arrangement; the fiber bundle (5) is connected to the output end of the spectrometer (6). The invention can conveniently realize the continuous adjustment of the spatial offset of the Raman spectrometer without moving the sampling optical fiber or increasing the number of sampling optical fibers.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光谱检测
，尤其涉及一种空间偏移量可调的拉曼光谱系统及拉曼光谱探测方法。
技术介绍
传统的拉曼光谱只能探测样品的浅表信息或者只能穿透透明的表层来探测底层。而新型的空间位移拉曼光谱(SpatiallyOffsetRamanSpectroscopy，简称SORS)技术可以深入探测样品若干毫米，以分析不透明样品内部的化学信息。许多分析应用需要很高的化学专属性，以及穿透多层不透明样品或不透明包材的能力，比如无损伤检测骨骼疾病、搜索隐蔽的爆炸物、识别包装内的假药。传统的拉曼光谱是背向散射形式的，易于实现，但是穿透深度很浅(比如几百微米厚的生物组织)。最近，随着空间位移拉曼光谱SORS的诞生，穿透深度大大增加了。空间位移拉曼光谱SORS是英国人提出的一种专利拉曼技术(参考专利号：参考专利号：US7652763，CN101115987，EP1828753，US7911604，GB2457212，AU2005313145，JP5449712007)，可以透过厚的覆盖层检测到高质量的拉曼光谱信号，可以明确的区分物料和容器的拉曼光谱，实现物料和容器的同时鉴别。空间位移拉曼光谱可以获得一个适当的漫散射样品逐层的拉曼光谱，且激光功率较低。SORS方法原理是在样品表面离开激光照射点一定位移处收集拉曼信号，位移ΔS越大，所得拉曼信号中更深层样品的贡献越多。荧光的情况也是类似的。SORS不但具有拉曼光谱的化学专属性，而且能提供样品深层的信息，有着巨大而广泛的应用前景，能广泛应用在非侵入骨骼拉曼光谱、癌症诊断工具的开发、探测漫散射塑料瓶中的假药、邮件安检、探测液态和固态爆炸物等领域。现有技术中，单一的光纤束只能设计固定的空间偏移量，而实际应用中，不同的穿透深度所对应的空间偏移量要求并不相同，为了实现对不同偏移量的采样，通常需要相应的移动采样的光纤端口或移动激光光斑的位置进行分时采集，或布置更多的采样光纤以覆盖足够大的偏移量范围，这些手段会导致光纤束设计复杂或大大增加传感器的数量。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述技术问题，本专利技术提供了一种空间偏移量可调的拉曼光谱系统及拉曼光谱探测方法。本专利技术提供了一种空间偏移量可调的拉曼光谱系统，包括：激光器、光路转换装置、聚焦采集光学系统、耦合光学系统、光纤束、至少一光谱仪；所述激光器用于输出准直平行的激光光束；所述光路转换装置设置于所述激光器输出激光光束的输出光路上，用于对所述激光光束进行反射；所述聚集采集光学系统以垂直于所述光路转换装置反射的激光光束的方式设置于所述光路转换装置的一侧，用于聚集所述光路转换装置反射后的光束并且采集信号光束并准直为平行光束；所述耦合光学系统以垂直于所述光路转换装置透射的激光光束的方式设置于所述光路转换装置的另一侧，用于将接收到的光束进行汇聚成像并耦合至光纤束的输入端；所述光纤束的输入端设置于所述耦合光学系统的焦平面处，所述光纤束的输入端的光纤呈环状分布，中心处设置至少一根光纤，外环位置设置多根与中心处的光纤的距离相同并且构成圆形排列的光纤；所述光纤束的输出端连接所述光谱仪。上述空间偏移量可调的拉曼光谱系统还具有以下特点：所述聚焦采集光学系统为定焦光学系统，所述耦合光学系统为变焦光学系统；或者，所述聚焦采集光学系统为变焦光学系统，所述耦合光学系统为定焦光学系统；或者，所述聚焦采集光学系统和所述耦合光学系统均为变焦光学系统。上述空间偏移量可调的拉曼光谱系统还具有以下特点：所述光谱仪为成像光谱仪时，所述光谱仪的个数为1个，所述光纤束具有一个输出端，所述光纤束的输出端的光纤呈线状分布并且与所述光谱仪的狭缝耦合，所述光纤束的输入端的中心光纤的另一端位于所述光纤束的输出端的一端。上述空间偏移量可调的拉曼光谱系统还具有以下特点：所述光谱仪为非成像光谱仪时，所述光谱仪的个数为2个，所述光谱仪包括第一光谱仪和第二光谱仪，所述光纤束为Y型光纤束具有两个输出端，第一输出端的光纤呈线状分布并且与第一光谱仪的狭缝耦合，第一输出端的光纤的数量为所述光纤束的输入端的外环位置的光纤的数量，第二输出端的光纤呈线状分布并且与所述第二光谱仪的狭缝耦合，第二输出端的光纤的数量为所述光纤束的输入端的中心位置的光纤的数量。上述空间偏移量可调的拉曼光谱系统还具有以下特点：所述拉曼光谱仪还包括设置于所述激光器和所述光路转换装置之间的与所述激光器的激光光束垂直的净化滤光片；还包括设置于所述光路转换装置和耦合光学系统之间的陷波滤光片。本专利技术还提供了一种拉曼光谱探测方法，包括：将样品放置于聚焦采集光学系统的焦点处；通过激光器发射准直平行的激光光束；光路转换装置将接收到的激光光束反射到聚焦采集光学系统，所述聚焦采集光学系统将所述光路转换装置反射的激光光束聚集在放置有样品的焦点处，并透射从样品散射回的光束，此光束包含中心视场的零空间偏移拉曼散射光束和非中心视场具有空间偏移量的空间偏移拉曼散射光束；所述耦合光学系统将接收到的光束进行汇聚成像并耦合至光纤束的输入端，将不同视场处的光束分别汇聚至光纤束的输入端的不同位置，具体的令中心光纤对应中心视场从而耦合零空间偏移拉曼散射光束，令外环光纤束对应非中心视场从而耦合空间偏移拉曼散射光束；通过光谱仪采集光谱信号；如果当前空间偏移量不符合采集要求时，根据以下方式调整空间偏移的大小以实现不同空间位移量的拉曼光谱采集：所述聚焦采集光学系统是变焦光学系统并且所述耦合光学系统是定焦光学系统时，调整所述聚焦采集光学系统的焦距再次进行采集；所述聚焦采集光学系统是定焦光学系统并且所述耦合光学系统是变焦光学系统时，调整所述耦合光学系统的焦距再次进行采集；所述聚焦采集光学系统是变焦光学系统并且所述耦合光学系统是变焦光学系统时，调整所述聚焦采集光学系统和所述耦合光学系统的焦距再次进行采集。上述拉曼光谱探测方法还具有以下特点：所述空间位移量的大小由聚焦采集光学系统的焦距f3和所述耦合光学系统的焦距f4及光纤外环半径R0所决定，满足R＝R0*f4/f3，其中R为所述空间位移量。上述拉曼光谱探测方法还具有以下特点：所述光谱仪为成像光谱仪时，所述光谱仪的个数为1个，所述光纤束具有一个输出端，所述光纤束的输出端的光纤呈线状分布并且与所述光谱仪的狭缝耦合，所述光纤束的输入端的中心光纤的另一端位于所述光纤束的输出端的一端。上述拉曼光谱探测方法还具有以下特点：所述光谱仪为非成像光谱仪时，所述光谱仪的个数为2个，所述光谱仪包括第一光谱仪和第二光谱仪，所述光纤束为Y型光纤束具有两个输出端，第一输出端的光纤呈线状分布并且与第一光谱仪的狭缝耦合，第一输出端的光纤的数量为所述光纤束的输入端的外环位置的光纤的数量，第二输出端的光纤呈线状分布并且与所述第二光谱仪的狭缝耦合，第二输出端的光纤的数量为所述光纤束的输入端的中心位置的光纤的数量。本专利技术提出的拉曼光谱探测方法，能够在不需要移动采样光纤或增加采样光纤的数量的情况下，方便地实现拉曼光谱仪的空间偏移量的可连续调节。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是实施例一中空间偏移量可调的拉曼光谱系统的结构图；图2是实施例二中空间偏移量可调的拉曼光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间偏移量可调的拉曼光谱系统，其特征在于，包括：激光器(1)、光路转换装置(2)、聚焦采集光学系统(3)、耦合光学系统(4)、光纤束(5)、至少一光谱仪(6)；所述激光器(1)用于输出准直平行的激光光束；所述光路转换装置(2)设置于所述激光器(1)输出激光光束的输出光路上，用于对所述激光光束进行反射；所述聚集采集光学系统(3)以垂直于所述光路转换装置(2)反射的激光光束的方式设置于所述光路转换装置(2)的一侧，用于聚集所述光路转换装置(2)反射后的光束并且采集信号光束并准直为平行光束；所述耦合光学系统(4)以垂直于所述光路转换装置(2)透射的激光光束的方式设置于所述光路转换装置(2)的另一侧，用于将接收到的光束进行汇聚成像并耦合至光纤束(5)的输入端；所述光纤束(5)的输入端设置于所述耦合光学系统(4)的焦平面处，所述光纤束(5)的输入端的光纤呈环状分布，中心处设置至少一根光纤，外环位置设置多根与中心处的光纤的距离相同并且构成圆形排列的光纤；所述光纤束(5)的输出端连接所述光谱仪(6)。

【技术特征摘要】
1.一种空间偏移量可调的拉曼光谱系统，其特征在于，包括：激光器(1)、光路转换装置(2)、聚焦采集光学系统(3)、耦合光学系统(4)、光纤束(5)、至少一光谱仪(6)；所述激光器(1)用于输出准直平行的激光光束；所述光路转换装置(2)设置于所述激光器(1)输出激光光束的输出光路上，用于对所述激光光束进行反射；所述聚集采集光学系统(3)以垂直于所述光路转换装置(2)反射的激光光束的方式设置于所述光路转换装置(2)的一侧，用于聚集所述光路转换装置(2)反射后的光束并且采集信号光束并准直为平行光束；所述耦合光学系统(4)以垂直于所述光路转换装置(2)透射的激光光束的方式设置于所述光路转换装置(2)的另一侧，用于将接收到的光束进行汇聚成像并耦合至光纤束(5)的输入端；所述光纤束(5)的输入端设置于所述耦合光学系统(4)的焦平面处，所述光纤束(5)的输入端的光纤呈环状分布，中心处设置至少一根光纤，外环位置设置多根与中心处的光纤的距离相同并且构成圆形排列的光纤；所述光纤束(5)的输出端连接所述光谱仪(6)。2.如权利要求1所述的空间偏移量可调的拉曼光谱系统，其特征在于，所述聚焦采集光学系统(3)为定焦光学系统，所述耦合光学系统(4)为变焦光学系统；或者，所述聚焦采集光学系统(3)为变焦光学系统，所述耦合光学系统(4)为定焦光学系统；或者，所述聚焦采集光学系统(3)和所述耦合光学系统(4)均为变焦光学系统。3.如权利要求1或2所述的空间偏移量可调的拉曼光谱系统，其特征在于，所述光谱仪(6)为成像光谱仪时，所述光谱仪(6)的个数为1个，所述光纤束(5)具有一个输出端，所述光纤束(5)的输出端的光纤呈线状分布并且与所述光谱仪(6)的狭缝耦合，所述光纤束(5)的输入端的中心光纤的另一端位于所述光纤束(5)的输出端的一端。4.如权利要求1或2所述的空间偏移量可调的拉曼光谱系统，其特征在于，所述光谱仪(6)为非成像光谱仪时，所述光谱仪(6)的个数为2个，所述光谱仪(6)包括第一光谱仪和第二光谱仪，所述光纤束(5)为Y型光纤束具有两个输出端，第一输出端的光纤呈线状分布并且与第一光谱仪的狭缝耦合，第一输出端的光纤的数量为所述光纤束(5)的输入端的外环位置的光纤的数量，第二输出端的光纤呈线状分布并且与所述第二光谱仪的狭缝耦合，第二输出端的光纤的数量为所述光纤束(5)的输入端的中心位置的光纤的数量。5.如权利要求1或2所述的空间偏移量可调的拉曼光谱系统，其特征在于，所述拉曼光谱仪还包括设置于所述激光器(1)和所述光路转换装置(2)之间的与所述激光器(1)的激光光束垂直的净化滤光片；还包括设置于所述光路转换装置(2)和耦合光学系统(4)之间的陷波滤光片...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊胜军，夏征，
申请(专利权)人：北京蓝色星语科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11