拉曼光谱收集光纤、拉曼探头及拉曼光谱探测系统技术方案

本发明专利技术适用于光谱探测技术领域，提供了一种拉曼光谱收集光纤、拉曼探头及拉曼光谱探测系统，通过一根多模光纤或多根多模光纤组成拉曼光谱收集光纤，使一根多模光纤的一端为圆形口径、作为拉曼光谱收集光纤的输入端，使一根多模光纤的另一端为矩形口径、作为拉曼光谱收集光纤的输出端；或者，使多根多模光纤的一端排布成二维面形矩阵、作为拉曼光谱收集光纤的输入端，使多根多模光纤的另一端排布成一维线形矩阵、作为拉曼光谱收集光纤的输出端；并使拉曼光谱收集光纤的输入端连接拉曼探头的拉曼光信号输出端；使拉曼光谱收集光纤的输出端连接光谱仪的拉曼光信号输入端，可以提高拉曼光信号的收集效率，降低拉曼光信号的能量损耗。

Raman collection fiber, Raman probe and Raman detection system

【技术实现步骤摘要】
拉曼光谱收集光纤、拉曼探头及拉曼光谱探测系统
本专利技术属于光谱探测
，尤其涉及一种拉曼光谱收集光纤、拉曼探头及拉曼光谱探测系统。
技术介绍
拉曼光谱是由激励光束的光子与待测样品分子进行非弹性碰撞产生的散射光信号，其频率相对激励光束有固定的偏移，向低频方向偏移的为斯托克斯线，向高频方向偏移的为反斯托克斯线。通常斯托克斯线要远强于反斯托克斯线，但即使斯托克斯线，其信号强度相对于瑞利散射强度也要弱2到3个数量级。拉曼光信号含有用于实现物质识别指纹光谱信息，相比于红外吸收光谱，拉曼光谱重叠少，且大多数重要的分子或基团都是拉曼活性的，许多红外非活性的对称分子，如N2(氮气)、H2(氢气)、O2(氧气)等都有拉曼光谱，因此拉曼光谱分析具有广阔的应用前景。目前，常用的拉曼光谱探测方式是通过拉曼探头将激光器输出的激励光束传输至待测样品，以激发出拉曼光信号，然后将拉曼光信号传输至光谱仪进行探测。然而，现有的拉曼探头的拉曼光信号的收集效率较低，并且由于光谱仪的狭缝宽度的限制，存在较大的能量损耗，从而严重降低了光谱仪探测拉曼光谱的灵敏度。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种拉曼光谱收集光纤、拉曼探头及拉曼光谱探测系统，以解决现有的拉曼探头的拉曼光信号的收集效率较低，并且由于光谱仪的狭缝宽度的限制，存在较大的能量损耗，从而严重降低了光谱仪探测拉曼光谱的灵敏度的问题。本专利技术实施例的第一方面提供了一种拉曼光谱收集光纤，所述拉曼光谱收集光纤由一根多模光纤组成，所述一根多模光纤的一端为圆形口径、作为所述拉曼光谱收集光纤的输入端，所述一根多模光纤的另一端为矩形口径、作为所述拉曼光谱收集光纤的输出端；或者，所述拉曼光谱收集光纤由多根多模光纤组成，所述多根多模光纤的一端排布成二维面形矩阵、作为所述拉曼光谱收集光纤的输入端，所述多根多模光纤的另一端排布成一维线形矩阵、作为所述拉曼光谱收集光纤的输出端；其中，所述拉曼光谱收集光纤的输入端用于连接拉曼探头的拉曼光信号输出端，以输入拉曼光信号；所述拉曼光谱收集光纤的输出端用于连接光谱仪的拉曼光信号输入端，以输出所述拉曼光信号。在一个实施例中，所述矩形口径正对所述光谱仪的狭缝且所述矩形口径的长度方向与所述狭缝的长度方向平行。在一个实施例中，所述一维线形阵列正对所述光谱仪的狭缝且所述一维线形阵列的长度方向与所述狭缝的长度方向平行。在一个实施例中，所述多根多模光纤包括一根中心光纤和多根圆周光纤；所述多根圆周光纤的一端围绕所述中心光纤的一端的圆周分布，排布成所述二维面形矩阵；所述多根圆周光纤的另一端对称分布于所述中心光纤的另一端两侧，排布成所述一维线形阵列。在一个实施例中，所述多根多模光纤包括一根中心光纤、多根圆周光纤和多根外围光纤；所述多根圆周光纤的一端围绕所述中心光纤的一端的圆周分布、所述多根外围光纤的一端围绕所述中心光纤的一端分布且每根所述外围光纤的一端与两根所述圆周光纤的一端相邻，排布成所述二维面形矩阵；所述多根圆周光纤的另一端对称分布于所述中心光纤的另一端两侧，排布成所述一维线形阵列；或者，所述多根圆周光纤的另一端对称分布于所述中心光纤的另一端两侧、所述多根外围光纤的另一端对称分布于所述多根圆周光纤的另一端两侧，排布成所述一维线形阵列。本专利技术实施例的第二方面提供了一种拉曼探头，包括：激励光纤，用于连接激光器，接收所述激光器输出的激励激光；准直透镜，设置于所述激励光纤的输出端，用于对所述激励激光进行准直；带通滤波片，设置于所述准直透镜的出光侧，用于透射所述激励激光并滤除干扰信号；反射镜，设置于所述带通滤波片的出光侧，用于反射所述激励激光，以改变所述激励激光的传输方向；二向色性滤波片，设置于所述反射镜的反射侧，用于再次反射所述激励激光并透射拉曼光信号；聚焦准直透镜，设置于所述二向色性滤波片的透射反射侧，用于将所述激励激光聚焦至待测样品，以在所述待测样品表面形成聚焦光斑、激发出所述拉曼光信号，并接收所述拉曼光信号、对所述拉曼光信号进行准直后出射至所述二向色性滤波片；长通滤波片，设置于所述二向色性滤波片的透射侧，用于再次透射所述拉曼光信号并滤除杂散信号；聚焦透镜，设置于所述长通滤波片的出光侧，用于对所述拉曼光信号进行聚焦；以及如本专利技术实施例的第一方面所述的拉曼光谱收集光纤，设置于所述聚焦透镜的出光侧，用于连接光谱仪，接收所述拉曼光信号并输出至所述光谱仪。本专利技术实施例的第三方面提供了一种拉曼探头，包括：激励光纤，用于连接激光器，接收所述激光器输出的激励激光；准直透镜，设置于所述激励光纤的输出端，用于对所述激励激光进行准直；带通滤波片，设置于所述准直透镜的出光侧，用于透射所述激励激光并滤除干扰信号；二向色性滤波片，设置于所述带通滤波片的出光侧，用于再次透射所述激励激光并反射拉曼光信号，以改变所述拉曼光信号的传输方向；聚焦准直透镜，设置于所述二向色性滤波片的透射反射侧，用于将所述激励激光聚焦至待测样品，以在所述待测样品表面形成聚焦光斑、激发出所述拉曼光信号，并接收所述拉曼光信号、对所述拉曼光信号进行准直后出射至所述二向色性滤波片；反射镜，设置于所述二向色性滤波片的反射侧，用于再次反射所述拉曼光信号，以再次改变所述拉曼光信号的传输方向；长通滤波片，设置于所述反射镜的反射侧，用于透射所述拉曼光信号并滤除杂散信号；聚焦透镜，设置于所述长通滤波片的出光侧，用于对所述拉曼光信号进行聚焦；以及如本专利技术实施例的第一方面所述的拉曼光谱收集光纤，设置于所述聚焦透镜的出光侧，用于连接光谱仪，接收所述拉曼光信号并输出至所述光谱仪。在一个实施例中，所述激励激光的波长为785nm±1nm，所述拉曼光信号的波长大于或等于785nm+Δλ1；其中，Δλ1的取值范围为6nm～330nm；或者，所述激励激光的波长为532nm±1nm，所述拉曼光信号的波长大于或等于532nm+Δλ2；其中，Δλ2的取值范围为3nm～140nm；或者，所述激励激光的波长为632.8nm±1nm，所述拉曼光信号的波长大于或等于632.8+Δλ3；其中，Δλ3的取值范围为5nm～208nm；或者，所述激励激光的波长为1064nm±1nm，所述拉曼光信号的波长大于或等于1064nm+Δλ4；其中，Δλ4的取值范围为11nm～755nm。本专利技术实施例的第四方面提供了一种拉曼光谱探测系统，包括：激光器；光谱仪；以及如本专利技术实施例的第二方面或第三方面所述的拉曼探头，所述拉曼探头的激励光纤连接所述激光器，所述拉曼探头的拉曼光谱收集光纤连接所述光谱仪。本专利技术实施例通过提供一种由一根多模光纤或多根多模光纤组成的拉曼光谱收集光纤，使所述一根多模光纤的一端为圆形口径、作为拉曼光谱收集光纤的输入端，使所述一根多模光纤的另一端为矩形口径、作为拉曼光谱收集光纤的输出端；或者，使所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种拉曼光谱收集光纤，其特征在于，所述拉曼光谱收集光纤由一根多模光纤组成，所述一根多模光纤的一端为圆形口径、作为所述拉曼光谱收集光纤的输入端，所述一根多模光纤的另一端为矩形口径、作为所述拉曼光谱收集光纤的输出端；/n或者，所述拉曼光谱收集光纤由多根多模光纤组成，所述多根多模光纤的一端排布成二维面形矩阵、作为所述拉曼光谱收集光纤的输入端，所述多根多模光纤的另一端排布成一维线形矩阵、作为所述拉曼光谱收集光纤的输出端；/n其中，所述拉曼光谱收集光纤的输入端用于连接拉曼探头的拉曼光信号输出端，以输入拉曼光信号；所述拉曼光谱收集光纤的输出端用于连接光谱仪的拉曼光信号输入端，以输出所述拉曼光信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种拉曼光谱收集光纤，其特征在于，所述拉曼光谱收集光纤由一根多模光纤组成，所述一根多模光纤的一端为圆形口径、作为所述拉曼光谱收集光纤的输入端，所述一根多模光纤的另一端为矩形口径、作为所述拉曼光谱收集光纤的输出端；
或者，所述拉曼光谱收集光纤由多根多模光纤组成，所述多根多模光纤的一端排布成二维面形矩阵、作为所述拉曼光谱收集光纤的输入端，所述多根多模光纤的另一端排布成一维线形矩阵、作为所述拉曼光谱收集光纤的输出端；
其中，所述拉曼光谱收集光纤的输入端用于连接拉曼探头的拉曼光信号输出端，以输入拉曼光信号；所述拉曼光谱收集光纤的输出端用于连接光谱仪的拉曼光信号输入端，以输出所述拉曼光信号。


2.如权利要求1所述的拉曼光谱收集光纤，其特征在于，所述矩形口径正对所述光谱仪的狭缝且所述矩形口径的长度方向与所述狭缝的长度方向平行。


3.如权利要求1所述的拉曼光谱收集光纤，其特征在于，所述一维线形阵列正对所述光谱仪的狭缝且所述一维线形阵列的长度方向与所述狭缝的长度方向平行。


4.如权利要求1或3所述的拉曼光谱收集光纤，其特征在于，所述多根多模光纤包括一根中心光纤和多根圆周光纤；
所述多根圆周光纤的一端围绕所述中心光纤的一端的圆周分布，排布成所述二维面形矩阵；
所述多根圆周光纤的另一端对称分布于所述中心光纤的另一端两侧，排布成所述一维线形阵列。


5.如权利要求1或3所述的拉曼光谱收集光纤，其特征在于，所述多根多模光纤包括一根中心光纤、多根圆周光纤和多根外围光纤；
所述多根圆周光纤的一端围绕所述中心光纤的一端的圆周分布、所述多根外围光纤的一端围绕所述中心光纤的一端分布且每根所述外围光纤的一端与两根所述圆周光纤的一端相邻，排布成所述二维面形矩阵；
所述多根圆周光纤的另一端对称分布于所述中心光纤的另一端两侧，排布成所述一维线形阵列；或者，所述多根圆周光纤的另一端对称分布于所述中心光纤的另一端两侧、所述多根外围光纤的另一端对称分布于所述多根圆周光纤的另一端两侧，排布成所述一维线形阵列。


6.一种拉曼探头，其特征在于，包括：
激励光纤，用于连接激光器，接收所述激光器输出的激励激光；
准直透镜，设置于所述激励光纤的输出端，用于对所述激励激光进行准直；
带通滤波片，设置于所述准直透镜的出光侧，用于透射所述激励激光并滤除干扰信号；
反射镜，设置于所述带通滤波片的出光侧，用于反射所述激励激光，以改变所述激励激光的传输方向；
二向色性滤波片，设置于所述反射镜的反射侧，用于再次反射所述激励激光并透射拉曼光信号；
聚焦准直透镜，设置于所述二向色性滤波片的透射反射侧，用于将所述激励激光聚焦至待测样品，以在所述待测样品表面形成聚焦光斑、激发出所述拉曼光信号，并接收所述拉曼光信号、对所述拉曼光信号进行准直后出射至所述二向色性滤波片；
长通滤波片，设置于所述二向色性滤波片的透射侧，用于再次透射所述拉曼光信号并滤除杂散信号；
聚焦透镜，设置于所述长通滤波片的出光侧，用于对所述拉曼光信号进行聚焦；以及
如权利要求1～...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈波，许辉杰，张光辉，
申请(专利权)人：徐州旭海光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32