拉曼信號探測裝置及拉曼探頭制造方法及圖紙

本實用新型專利技術提供了一種拉曼信號探測裝置及拉曼探頭，所述裝置包括拉曼探頭、數控位移樣品臺、控制器；所述拉曼探頭安裝于數控位移樣品臺上，拉曼探頭與數控位移樣品臺可相對移動，所述拉曼探頭的信號輸出側設有光強探測單元；所述光強探測單元的輸出端連接至控制器，控制器驅動數控位移樣品臺改變測量距離，根據所述光強探測單元輸出信號的變化判斷測量距離是否最佳。所述拉曼探頭包括第一透鏡、第一濾光片、第二濾光片、第四透鏡、第三濾光片、第四濾光片、第二透鏡、光強探測單元。本實用新型專利技術能夠使測得的拉曼信號最大化且穩定，本實用新型專利技術特別適合于固體樣品測量。對表面粗糙不平的樣品進行直接檢測，而不需要樣品前處理。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本技術提供了一種拉曼信號探測裝置及拉曼探頭，所述裝置包括拉曼探頭、數控位移樣品臺、控制器；所述拉曼探頭安裝于數控位移樣品臺上，拉曼探頭與數控位移樣品臺可相對移動，所述拉曼探頭的信號輸出側設有光強探測單元；所述光強探測單元的輸出端連接至控制器，控制器驅動數控位移樣品臺改變測量距離，根據所述光強探測單元輸出信號的變化判斷測量距離是否最佳。所述拉曼探頭包括第一透鏡、第一濾光片、第二濾光片、第四透鏡、第三濾光片、第四濾光片、第二透鏡、光強探測單元。本技術能夠使測得的拉曼信號最大化且穩定，本技術特別適合于固體樣品測量。對表面粗糙不平的樣品進行直接檢測，而不需要樣品前處理。【專利說明】拉曼信號探測裝置及拉曼探頭
本技術涉及光學機械、儀器學領域，具體地，涉及一種可以調整測量距離到最佳狀態的拉曼探頭，以及在激光拉曼光譜測量或拉曼光譜儀中使用的拉曼信號探測裝置。
技術介紹
便攜式拉曼光譜儀具有體積小、速度快、現場化等優點，在藥品、食品安全、安檢等領域具有廣闊的應用前景。便攜式拉曼光譜儀一般由小型半導體激光器、拉曼光纖探頭、光譜儀及計算機系統構成。其中，拉曼探頭的功能主要有兩方面，一方面將激光高效傳導并聚焦于待檢測樣品，另一方面高效收集和過濾拉曼散射信號并將其傳導至光譜儀。 拉曼光譜的激發效率與激光線寬以及能量密度等有關。為了獲得較強的拉曼信號，需要將激光精確地對準聚焦于被測樣品以獲得較高的激光能量密度。因此，在大型拉曼測量系統中都配置了顯微聚焦系統，操作人員借助顯微圖像進行人工對焦。目前，商品化便攜式拉曼光譜儀系統因體積限制一般不含顯微聚焦系統，而拉曼光纖探頭僅能通過手動調節的方式對焦，操作麻煩，無法精確對焦，導致拉曼強度減弱，信號不穩定等等。 商品化的一種固定距離探頭通過在探頭前加裝固定長度套筒來固定測量距離從而確保合適的距離的新型探頭。這種探頭在一定程度上簡化了對焦操作過程，但使用這種探頭進行測量時，套筒必須與樣品進行接觸，如果樣品表面不平整，將不能精確聚焦。
技術實現思路
針對現有技術中的缺陷，本技術的目的是提供一種能夠自動調節測量距離使收集到的拉曼信號最大化的拉曼探頭和拉曼信號探測裝置。 根據本技術的一個方面，提供一種拉曼探頭，所述拉曼探頭包括第一透鏡、第一濾光片、第二濾光片、第四透鏡、第三濾光片、第四濾光片、第二透鏡、光強探測單元；其中:沿著光纖輸出光的方向依次設置第一透鏡、第一濾光片、第二濾光片和第四透鏡，第一透鏡、第一濾光片、第四透鏡與光路垂直，第二濾光片與光路成45度，由樣品散射或反射后的光反方向經過第四透鏡后，由第二濾光片反射，沿第二濾光片反射光路方向設置第三濾光片、光強探測單元，第三濾光片與第二濾光片平行設置，沿著第三濾光片反射光方向依次設置第四濾光片和第二透鏡，第二透鏡的另一側設置光纖；第四濾光片和第二透鏡與光路垂直，沿著第三濾光片的透射光路一側依次設置第三透鏡、小孔以及光電轉換器件，第三透鏡、小孔以及光電轉換器件構成光強探測單元； 激光從光纖傳導進入拉曼探頭后，由第一透鏡將其變成平行光，然后經過第一濾光片對光譜進行純化處理，再經過第二濾光片透射，最后由第四透鏡將激光聚焦于被測樣品；被測樣品被激光激發后發生拉曼散射，散射光和反射光反方向進入拉曼探頭由第四透鏡收集，其中的拉曼散射光經過由第二濾光片及第四濾光片構成的鏡片組，再經由第二透鏡會聚耦合進入光纖，非拉曼信號光由第二濾光片及第四濾光片構成的鏡片組所阻擋抑制，因此不能到達第二透鏡，其中被樣品反射回來的激光由第二濾光片低反射，第三濾光片高透射，進入光強探測單元； 所述光強探測單元包括:第三透鏡、小孔以及光電轉換器件，所述小孔處于第三透鏡的焦點處；第三濾光片透射的激光經第三透鏡聚焦，會聚后再經過小孔，通過小孔照射在光電轉換器件上，被光電探測器件接收探測。 優選地，所述第二濾光片、所述第三濾光片平行設置且與光路成45°，所述第二第三濾光片為45° 二色鏡，第二、第三濾光片的作用是高透射激光而高反射拉曼光。 根據本技術的第二方面，提供第二種拉曼探頭，所述拉曼探頭包括第一透鏡、第一濾光片、第二濾光片、第四透鏡、第三濾光片、第四濾光片、第二透鏡、光強探測單元；其中:沿著光纖輸出光的方向依次設置第一透鏡、第一濾光片、第二濾光片，第一透鏡、第一濾光片與光路垂直，第二濾光片與光路成45度，沿第二濾光片的反射光路方向設置第四透鏡，由樣品散射或反射后的光反方向經過第四透鏡后，由第二濾光片透射，沿著透射光路方向依次設置第三濾光片和光強探測單元，第三濾光片與第二濾光片平行設置，沿著第三濾光片反射光方向依次設置第四濾光片和第二透鏡，第二透鏡的另一側設置光纖，第四濾光片和第二透鏡與光路垂直；沿著第三濾光片的透射光路一側依次設置第三透鏡、小孔以及光電轉換器件，第三透鏡、小孔以及光電轉換器件構成光強探測單元； 激光從光纖傳導進入拉曼探頭后，由第一透鏡將其變成平行光，然后經過第一濾光片對光譜進行純化處理，再依次經過與平行光呈45°設置的第二濾光片反射、最后由第四透鏡將激光聚焦于被測樣品；被測樣品被激光激發后發生拉曼散射，散射光和反射光反方向進入拉曼探頭由第四透鏡收集，其中的拉曼散射光透過第二濾光片，由第三濾光片反射，經過與光路垂直的第四濾光片，再經由第二透鏡會聚耦合進入光纖，非拉曼信號光由第三濾光片及第四濾光片構成的鏡片組所阻擋抑制，因此不能到達第二透鏡，其中被樣品反射回來的激光由第二濾光片透射和第三濾光片透射，進入光強探測單元； 所述光強探測單元包括:第三透鏡、小孔以及光電轉換器件，所述小孔處于第三透鏡的焦點處；第三濾光片透射的激光經第三透鏡聚焦，會聚后再經過小孔，通過小孔照射在光電轉換器件上，被光電探測器件接收探測。 所述第二濾光片、所述第三濾光片平行設置且與光路成45°，所述第二濾光片和第三濾光片為45° 二色鏡,第二濾光片反射激光而透射拉曼光,第三濾光片透射激光而反射拉曼光。 上述拉曼探頭，當被測樣品不在所述拉曼探頭的焦點處時，激光將通過光路會聚于小孔的前方或后方處，僅小部分光能通過小孔，樣品離焦點越遠，能通過小孔的反射光越少；僅當激光光斑正好聚焦于物體上時，反射的激光的光斑將通過光路會聚于小孔，幾乎全部的反射光能將通過小孔，光電轉換器件接收到的光強信號最大。由于小孔的空間選擇性，在對焦狀態下，大部分能量能夠通過小孔，此時光電轉換器件得到光強最大。 根據本技術的第三方面，提供一種上述拉曼探頭組成的可自動調節測量距離到最佳狀態的拉曼信號探測裝置，包括拉曼探頭、數控位移樣品臺、控制器；所述拉曼探頭安裝于數控位移樣品臺上，拉曼探頭與數控位移樣品臺可相對移動，所述拉曼探頭的信號輸出側設有光強探測單元；所述光強探測單元的輸出端連接至控制器，控制器驅動數控位移樣品臺改變測量距離，根據所述光強探測單元輸出信號的變化判斷測量距離是否最佳。 與現有技術相比，本技術具有如下的有益效果: 本技術中的技術創新避免了人為手動操作，能夠自動調節測量距離到最佳狀態，使拉曼信號最大化且穩定；對比于現有商品化的增加固定距離套筒的探頭，本技術技術可對表面粗糙不平的樣品進行直接檢測，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種拉曼探頭，其特征在于，包括第一透鏡、第一濾光片、第二濾光片、第四透鏡、第三濾光片、第四濾光片、第二透鏡、光強探測單元；其中：沿著光纖輸出光的方向依次設置第一透鏡、第一濾光片、第二濾光片和第四透鏡，第一透鏡、第一濾光片、第四透鏡與光路垂直，第二濾光片與光路成45°，由樣品散射或反射后的光反方向經過第四透鏡后，由第二濾光片反射，沿第二濾光片反射光路方向設置第三濾光片、光強探測單元，第三濾光片與第二濾光片平行設置，沿著第三濾光片反射光方向依次設置第四濾光片和第二透鏡，第二透鏡的另一側設置光纖；第四濾光片和第二透鏡與光路垂直，沿著第三濾光片的透射光路一側依次設置第三透鏡、小孔以及光電轉換器件，第三透鏡、小孔以及光電轉換器件構成光強探測單元；激光從光纖傳導進入拉曼探頭后，由第一透鏡將其變成平行光，然后經過第一濾光片對光譜進行純化處理，經第二濾光片透射，最后由第四透鏡將激光聚焦于被測樣品；被測樣品被激光激發后發生拉曼散射，散射光和反射光反方向進入拉曼探頭由第四透鏡收集，其中的拉曼散射光經第二濾光片反射和第三濾光片反射，透過與光路垂直的第四濾光片，再經由第二透鏡會聚耦合進入光纖，非拉曼信號光由第三濾光片及第四濾光片構成的鏡片組所阻擋抑制，因此不能到達第二透鏡，其中被樣品反射回來的激光由第三濾光片透射，進入光強探測單元；所述光強探測單元包括：第三透鏡、小孔以及光電轉換器件，所述小孔處于第三透鏡的焦點處；第三濾光片反射的激光經第三透鏡聚焦，會聚后再經過小孔，通過小孔照射在光電轉換器件上，被光電探測器件接收探測。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃梅珍，汪洋，孫振華，余鎮崗，劉天元，
申請(專利權)人：上海交通大學，
類型：新型
國別省市：上海;31