一種具有角分辨能力的共焦顯微拉曼光譜儀的制作方法
【專利摘要】一種具有角分辨能力的共焦顯微拉曼光譜儀，涉及拉曼光譜儀。設(shè)有顯微物鏡、低通濾光片、高通濾光片、反射鏡、分束鏡、可調(diào)光闌、準(zhǔn)直透鏡、光纖以及相應(yīng)的激光光源、光譜信號檢測器、照明光源和CCD攝像機(jī)；激光光源發(fā)出的光經(jīng)光纖、準(zhǔn)直透鏡、高通濾光片和低通濾光片進(jìn)入顯微物鏡，沿水平方向左右移動高通濾光片可以調(diào)整入射平行光束的位置，從而調(diào)節(jié)到達(dá)樣品表面的激發(fā)光角度；第1可調(diào)光闌可以控制入射平行光束的孔徑，沿水平方向左右移動反射鏡可以調(diào)整出射平行光束的位置，從而調(diào)節(jié)從樣品表面收集拉曼散射光的角度；第2可調(diào)光闌可以控制拉曼散射光束的孔徑，同時通過照明光源、分束鏡和CCD攝像機(jī)可以對樣品成像。
【專利說明】一種具有角分辨能力的共焦顯微拉曼光譜儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及拉曼光譜儀，尤其是涉及一種具有角分辨能力的共焦顯微拉曼光譜儀，可用于對樣品進(jìn)行不同角度的激發(fā)和不同角度的拉曼散射測量，同時可以實現(xiàn)對樣品的實時觀測以及拉曼光譜的低成本共焦顯微測試。
【背景技術(shù)】
[0002]在表面增強(qiáng)拉曼光譜(SERS)、表面等離共振(SPR)、電化學(xué)過程等研究中，拉曼光譜是一種常用技術(shù)。在亞微米-納米尺度的表面結(jié)構(gòu)上進(jìn)行拉曼光譜測量時，結(jié)構(gòu)本身特性與入射光的激發(fā)方向、拉曼散射的方向等特性有密切聯(lián)系?，F(xiàn)有的顯微拉曼光譜檢測儀均采用透射/反射式光路結(jié)構(gòu)，入射激光與拉曼散射光在顯微物鏡的物方共光路，無法測量拉曼散射的角度特性，如中國專利201110288486.X公開一種包括顯微共焦拉曼模塊和與之匹配的單光柵光譜儀的顯微共焦拉曼光譜儀。全內(nèi)反射熒光顯微技術(shù)(TIRF)雖然具有一定的變角度激發(fā)能力，但均采用平行光激發(fā)方法，不具備微區(qū)分析能力，同時也沒有變角度收集拉曼散射的功能，如中國專利200580037869.2公開一種全內(nèi)反射熒光顯微鏡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種具有角分辨能力的共焦顯微拉曼光譜儀。
[0004]本發(fā)明設(shè)有顯微物鏡、低通濾光片、高通濾光片、反射鏡、分束鏡、第I可調(diào)光闌、第2可調(diào)光闌、第I準(zhǔn)直透鏡、第2準(zhǔn)直透鏡、入射光纖、出射光纖、激光光源、光譜信號檢測器、照明光源、CCD攝像機(jī)、第I移動平臺和第2移動平臺；
[0005]所述低通濾光片設(shè)在顯微物鏡正上方光路中，低通濾光片的截止波長小于入射激光波長，低通濾光片與顯微物鏡的主光軸成45°角，從而將主光軸偏轉(zhuǎn)90° ;高通濾光片和反射鏡設(shè)在低通濾光片右方的光路中，高通濾光片和反射鏡與光軸成45°角；高通濾光片的截止波長略高于入射激光波長，在高通濾光片和反射鏡上方分別設(shè)置第I可調(diào)光闌、第2可調(diào)光闌、第I準(zhǔn)直透鏡、第2準(zhǔn)直透鏡、入射光纖、出射光纖以及相應(yīng)的激光光源和光譜信號檢測器；激光光源發(fā)出的激光經(jīng)由入射光纖的端面出射后，經(jīng)第I準(zhǔn)直透鏡成為平行光束，由第I可調(diào)光闌調(diào)節(jié)光束孔徑，經(jīng)過高通濾光片和低通濾光片的兩次反射后，由顯微物鏡匯聚至樣品的表面，從而激發(fā)拉曼散射光；所述高通濾光片安裝在第I移動平臺上，可在計算機(jī)控制下，沿光軸方向左右移動，使得到達(dá)顯微物鏡入瞳的平行激發(fā)光束的位置發(fā)生改變，從而調(diào)整入射激光的角度，第I可調(diào)光闌可以改變孔徑大小，從而調(diào)整入射激光的孔徑;
[0006]入射光纖和出射光纖的端面分別位于第I準(zhǔn)直透鏡和第2準(zhǔn)直透鏡的焦點上，入射激光和收集的拉曼散射光均為平行光束；同時入射光纖和出射光纖的端面起到小孔光闌的作用，入射光纖和出射光纖的端面與物體表面光斑實現(xiàn)共焦檢測，減少雜散光的干擾；
[0007]在低通濾光片的上方設(shè)有分束鏡、中繼鏡頭和CCD攝像機(jī)，分束鏡與光軸成45°角，在分束鏡的左方設(shè)置短波長照明光源，其波長小于低通濾光片的截止波長，避免對拉曼散射光造成干擾；分束鏡將照明光源發(fā)出的光反射至樣品的表面進(jìn)行照明；顯微物鏡和中繼鏡頭可將樣品表面成像至CXD攝像機(jī)上。
[0008]所述顯微物鏡可采用大數(shù)值孔徑的顯微物鏡。
[0009]所述高通濾光片可采用商用拉曼濾光片。
[0010]本發(fā)明由大數(shù)值孔徑的顯微物鏡、低通濾光片、高通濾光片、反射鏡、分束鏡、可調(diào)光闌、準(zhǔn)直透鏡、光纖以及相應(yīng)的激光光源、光譜信號檢測器、照明光源和CCD攝像機(jī)構(gòu)成。激光光源發(fā)出的光經(jīng)光纖、準(zhǔn)直透鏡、高通濾光片和低通濾光片進(jìn)入顯微物鏡。沿水平方向左右移動高通濾光片可以調(diào)整入射平行光束的位置，從而調(diào)節(jié)到達(dá)樣品表面的激發(fā)光角度；第I可調(diào)光闌可以控制入射平行光束的孔徑。沿水平方向左右移動反射鏡可以調(diào)整出射平行光束的位置，從而調(diào)節(jié)從樣品表面收集拉曼散射光的角度；第2可調(diào)光闌可以控制拉曼散射光束的孔徑。同時通過照明光源、分束鏡和CCD攝像機(jī)可以對樣品成像。本發(fā)明可以在顯微物鏡數(shù)值孔徑允許的范圍內(nèi)，獨立調(diào)整入射光和收集拉曼散射光的角度與孔徑，可對樣品進(jìn)行不同度的激發(fā)和拉曼光譜測量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明實施例的原理圖。
[0012]圖2為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
【具體實施方式】
[0013]如圖1和2所示，本發(fā)明提供一種具有角分辨能力的共焦顯微拉曼光譜儀。該光譜儀主要由大數(shù)值孔徑的顯微物鏡2、低通濾光片3、高通濾光片8、反射鏡13、分束鏡4、第I可調(diào)光闌9、第2可調(diào)光闌14、第I準(zhǔn)直透鏡10、第2準(zhǔn)直透鏡15、入射光纖11、出射光纖16以及相應(yīng)的激光光源12、光譜信號檢測器17、照明光源5、(XD攝像機(jī)7和第I移動平臺
18、第2移動平臺19構(gòu)成。
[0014]顯微物鏡2正上方光路中分別布置低通濾光片3，其截止波長小于入射激光波長，與顯微物鏡2的主光軸成45°角，從而將主光軸偏轉(zhuǎn)90° ;在低通濾光片3右方的光路中分別布置高通濾光片8和反射鏡13，它們都與光軸成45°角。高通濾光片8的使用商用拉曼濾光片，截止波長略高于入射激光波長。
[0015]在高通濾光片8和反射鏡13上方分別布置第I可調(diào)光闌9、第2可調(diào)光闌14、第I準(zhǔn)直透鏡10、第2準(zhǔn)直透鏡15、入射光纖11、出射光纖16以及相應(yīng)的激光光源12和光譜信號檢測器17。激光光源12發(fā)出的激光經(jīng)由入射光纖11的端面出射后，經(jīng)第I準(zhǔn)直透鏡10成為平行光束，由第I可調(diào)光闌9調(diào)節(jié)光束孔徑，經(jīng)過高通濾光片8和低通濾光片3的兩次反射后，由顯微物鏡2匯聚至樣品I的表面，從而激發(fā)拉曼散射光。
[0016]高通濾光片8安裝在第I移動平臺18上，可在計算機(jī)20控制下，沿光軸方向左右移動，使得到達(dá)顯微物鏡2入瞳的平行激發(fā)光束的位置發(fā)生改變，從而調(diào)整入射激光的角度。移動范圍由顯微物鏡2的入瞳大小確定。第I可調(diào)光闌9可以改變孔徑大小，從而調(diào)整入射激光的孔徑。
[0017]拉曼散射光經(jīng)過低通濾光片3的反射后偏轉(zhuǎn)，通過高通濾光片8，由反射鏡13反射至第2可調(diào)光闌14，并由第2準(zhǔn)直透鏡15聚焦至出射光纖16的端面，由光譜信號檢測器17分析拉曼散射光的光譜。反射鏡13安裝在第2移動平臺19上，可在計算機(jī)20控制下，沿光軸方向左右移動，使到達(dá)第2可調(diào)光闌14的平行光束的位置發(fā)生改變，從而只收集某一特定角度的拉曼散射光進(jìn)入光譜信號檢測器17。同時第2可調(diào)光闌14可以改變孔徑大小，從而調(diào)整收集拉曼散射光的孔徑。
[0018]入射光纖11和出射光纖16的端面分別位于第I準(zhǔn)直透鏡10和第2準(zhǔn)直透鏡15的焦點上，入射激光和收集的拉曼散射光均為平行光束；同時入射光纖11和出射光纖16的端面起到小孔光闌的作用，入射光纖11和出射光纖16的端面和物體表面光斑實現(xiàn)共焦檢測，減少雜散光的干擾。
[0019]在低通濾光片3的上方布置有分束鏡4、中繼鏡頭6和CXD攝像機(jī)7，分束鏡4與光軸成45°角，在分束鏡4的左方布置短波長照明光源5，其波長小于低通濾光片3的截止波長，避免對拉曼散射光造成干擾。分束鏡4將照明光源5發(fā)出的光反射至樣品I的表面進(jìn)行照明；顯微物鏡2和中繼鏡頭6可將樣品表面成像至CXD攝像機(jī)7上。
【權(quán)利要求】
1.一種具有角分辨能力的共焦顯微拉曼光譜儀，其特征在于設(shè)有顯微物鏡、低通濾光片、高通濾光片、反射鏡、分束鏡、第I可調(diào)光闌、第2可調(diào)光闌、第I準(zhǔn)直透鏡、第2準(zhǔn)直透鏡、入射光纖、出射光纖、激光光源、光譜信號檢測器、照明光源、CCD攝像機(jī)、第I移動平臺和第2移動平臺； 所述低通濾光片設(shè)在顯微物鏡正上方光路中，低通濾光片與顯微物鏡的主光軸成45°角；高通濾光片和反射鏡設(shè)在低通濾光片右方的光路中，高通濾光片和反射鏡與光軸成45°角；在高通濾光片和反射鏡上方分別設(shè)置第I可調(diào)光闌、第2可調(diào)光闌、第I準(zhǔn)直透鏡、第2準(zhǔn)直透鏡、入射光纖、出射光纖以及相應(yīng)的激光光源和光譜信號檢測器；激光光源發(fā)出的激光經(jīng)由入射光纖的端面出射后，經(jīng)第I準(zhǔn)直透鏡成為平行光束，由第I可調(diào)光闌調(diào)節(jié)光束孔徑，經(jīng)過高通濾光片和低通濾光片的兩次反射后，由顯微物鏡匯聚至樣品的表面，從而激發(fā)拉曼散射光；所述高通濾光片安裝在第I移動平臺上； 入射光纖和出射光纖的端面分別位于第I準(zhǔn)直透鏡和第2準(zhǔn)直透鏡的焦點上，入射激光和收集的拉曼散射光均為平行光束； 在低通濾光片的上方設(shè)有分束鏡、中繼鏡頭和CCD攝像機(jī)，分束鏡與光軸成45°角，在分束鏡的左方設(shè)置短波長照明光源；分束鏡將照明光源發(fā)出的光反射至樣品的表面進(jìn)行照明；顯微物鏡和中繼鏡頭將樣品表面成像至CXD攝像機(jī)上。
2.如權(quán)利要求1所述一種具有角分辨能力的共焦顯微拉曼光譜儀，其特征在于所述顯微物鏡采用大數(shù)值孔徑的顯微物鏡。
3.如權(quán)利要求1所述一種具有角分辨能力的共焦顯微拉曼光譜儀，其特征在于所述高通濾光片采用拉曼濾光片。
【文檔編號】G01N21/65GK103743720SQ201410023685
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月20日
【發(fā)明者】王磊, 張良, 林春, 張偉, 任斌 申請人:廈門大學(xué)