本發(fā)明涉及激光探測領域，特別涉及一種光纖共焦動態(tài)拉曼光譜探測裝置及探測方法。
背景技術：
拉曼光譜（Raman spectra），是一種散射光譜。拉曼光譜分析法是基于拉曼散射效應對與入射光頻率不同的散射光譜進行分析以得到被測物質分子振動、轉動方面信息，并應用于物質機構及物質屬性研究的一種分析方法。但是，傳統(tǒng)的拉曼光譜探測裝置多是采用連續(xù)激光對被測物質的穩(wěn)態(tài)光譜進行探測，其不具備時間分辨能力；而對于一些拉曼光譜的應用場景，被測物質的一些屬性（包括不限于被測物質的溫度、外在壓力、分子結構、晶體結構、相變點）會隨時間變化，或者被測物質的一些屬性與時間結合更加具有意義，而我們希望能探測獲得被測物質目標屬性隨時間的變化趨勢，比如被測物質的溫度、受到的外在壓力、分子結構、晶體結構、相變點任意時刻的值等，而傳統(tǒng)的只能獲取被測物質穩(wěn)態(tài)光譜的拉曼光譜探測裝置顯然不能滿足這一需求。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中傳統(tǒng)拉曼光譜探測裝置僅能獲取不具備時間分辨能力的被測物質的穩(wěn)態(tài)光譜的問題，提供一種具備時間分辨能力的拉曼光譜探測裝置。
為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術方案：
一種光纖共焦動態(tài)拉曼光譜探測裝置，包括，
激光器，用于發(fā)射指定波長的探測激光；
光譜收集裝置，用于探測自被測物質反射回的拉曼信號光；
同步控制裝置，用于接收來自激發(fā)源的觸發(fā)信號，并同步觸發(fā)所述激光器及光譜收集裝置；
光纖跨界器件，分別與激光器、被測物質端及光譜收集裝置通過第一光纖、第二光纖及第三光纖連接；用于接收自激光器發(fā)射的探測激光，并將該探測激光反射至被測物質；同時，還用于將自被測物質反射回的拉曼信號光耦合至所述光譜收集裝置。
進一步的，所述光纖跨接器件包括二向色鏡及第一透鏡、第二透鏡及第三透鏡；所述第一透鏡用于將第一光纖中的激光準直至所述二向色鏡，所述第二透鏡用于將所述二向色鏡反射的激光耦合入第二光纖；所述第三透鏡用于將所述二向色鏡透射的拉曼信號光耦合入第三光纖。
進一步的，所述第三光纖靠近被測物質的端頭還依次平行設置有第四透鏡及第五透鏡；
所述第四透鏡用于將第三光纖射出的探測激光準直，所述第五透鏡用于將探測激光聚焦至被測物質；
所述第五透鏡還用于將自被測物質反射回的拉曼信號光準直，所述第四透鏡還用于將自第五透鏡準直的拉曼信號光耦合入第三光纖。
進一步的，所述第三光纖中的拉曼信號光經(jīng)過準直、分光、聚焦后耦合至所述光譜收集裝置。
進一步的，所述同步控制裝置為延時發(fā)生器；。
優(yōu)選的，所述光譜收集裝置為增強電荷耦合器件ICCD（增強電荷耦合器件）探測陣列。
本發(fā)明同時提供具備時間分辨能力的拉曼光譜探測方法，具體的，采用脈沖觸發(fā)方式，同步觸發(fā)激光器發(fā)射探測激光、激發(fā)源以及光譜收集裝置接收拉曼信號光；所述激發(fā)源可以是激發(fā)光源，也可以是沖擊加載源（如氣炮），也可以是超聲波加載源（如超聲換能器）。
優(yōu)選的，由激發(fā)源向同步控制裝置發(fā)出觸發(fā)信號，所述同步觸發(fā)裝置同步控制所述激光器及所述光譜收集裝置的開啟。
優(yōu)選的，所述同步觸發(fā)裝置為延時發(fā)生器，所述延時發(fā)生器根據(jù)激發(fā)源發(fā)出的觸發(fā)信號調節(jié)所述激光器及所述光譜收集裝置的開啟時間，以使得所述光譜收集裝置獲得與時間相關的拉曼信號光。
優(yōu)選的，所述光譜收集裝置為增強電荷耦合器件ICCD（增強電荷耦合器件）探測陣列。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果：
本發(fā)明提供的光纖共焦動態(tài)拉曼光譜探測裝置及方法采用脈沖激光代替?zhèn)鹘y(tǒng)拉曼探測裝置中的連續(xù)激光作為產(chǎn)生拉曼信號的光源，將激光器和光譜收集裝置的觸發(fā)時間進行同步，通過調節(jié)這個觸發(fā)時間和對被測物質進行激發(fā)的激發(fā)源的觸發(fā)時間之間的延遲時間來實現(xiàn)時間分辨能力；同時，所述探測裝置通過使用一個光纖跨接器件將與激光器連接的第一光纖、與被測物質端連接的第二光纖以及與光譜收集裝置連接拉曼信號收集端的第三光纖耦合在一起，連接完成了探測激光激發(fā)光路及拉曼光信號收集光路。
附圖說明：
圖1為本發(fā)明提供的光纖共焦動態(tài)拉曼光譜探測裝置示意圖。
圖中標記：10-激光器，20-同步控制裝置，30-光譜收集裝置，31-準直鏡，32-光柵，33-聚焦鏡，40-光纖跨接器，50-被測物質，60-激發(fā)源，70-電源，81-第一透鏡，82-第二透鏡，83-第三透鏡，84-第四透鏡，85-第五透鏡，85-第六透鏡，91-第一光纖，92-第二光纖，93-第三光纖。
具體實施方式
下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本發(fā)明內容所實現(xiàn)的技術均屬于本發(fā)明的范圍。
實施例1：如圖1所示，本實施例提供一種光纖共焦動態(tài)拉曼光譜探測裝置，包括，
激光器10，用于發(fā)射指定波長的探測激光；
光譜收集裝置30，用于接收自被測物質50反射回的拉曼信號光；具體的，ICCD探測陣列可為優(yōu)選的光譜收集裝置；
同步控制裝置20，用于接收來自激發(fā)源60的觸發(fā)信號，并同步觸發(fā)所述激光器10及光譜收集裝置30；
光纖跨界器件，分別與激光器10、被測物質50及光譜收集裝置30通過第一光纖91、第二光纖92及第三光纖93連接；用于接收自激光器10發(fā)射的探測激光，并將該探測激光反射至被測物質50；同時，還用于將自被測物質50反射回的拉曼信號光耦合至所述光譜收集裝置30。
本實施例中，所述光纖跨接器40件包括二向色鏡及第一透鏡81、第二透鏡82及第三透鏡83；所述第一透鏡81用于將第一光纖91中的激光準直至所述二向色鏡，所述第二透鏡82用于將所述二向色鏡反射的激光耦合入第二光纖92；所述第三透鏡83用于將所述二向色鏡透射的拉曼信號光耦合入第三光纖93。
所述第三光纖93靠近被測物質50的端頭還依次平行設置有第四透鏡84及第五透鏡85；所述第四透鏡84用于將第三光纖93射出的探測激光準直，所述第五透鏡85用于將探測激光聚焦至被測物質50；所述第五透鏡85還用于將自被測物質50反射回的拉曼信號光準直，所述第四透鏡84還用于將自第五透鏡85準直的拉曼信號光耦合入第三光纖93。
具體的，如圖1所示，可使用包含ICCD探測陣列的光譜儀作為拉曼信號光的接收器件，該光譜儀中包括準直鏡31、光柵32及聚焦鏡33，分別用于將第三光纖93中的拉曼信號光經(jīng)過準直、分光濾光、聚焦后耦合至ICCD探測陣列。
同時，本實施例中，所述同步控制裝置20為延時發(fā)生器，具體的采用延時發(fā)生器DG535；
使用時，將激發(fā)源60發(fā)射的TTL觸發(fā)信號與DG535的trigger接線端相連接，同時，DG535中的信號輸出端分別同ICCD探測陣列的外觸發(fā)端以及激光器10的開關連接，通過DG535內部邏輯電路調節(jié)激光器10發(fā)射探測激光和ICCD探測陣列探測的時序，從而實現(xiàn)對拉曼信號進行具有時間分辨功能的探測。本實施例的一種具體應用示例中，電源70為激光器10供電，收到觸發(fā)信號的激光器10發(fā)射532nm的倍頻探測激光，該探測激光通過第六透鏡86耦合入第一光纖91，隨后該探測激光經(jīng)第一透鏡81、二向色鏡及第二透鏡82后耦合入第二光纖92，再分別經(jīng)第四透鏡84準直、第五透鏡85聚焦后照射至被測物質50樣本，同時，受到激發(fā)源60激發(fā)的被測物質50樣本會反射回拉曼信號光，該拉曼信號光經(jīng)第五透鏡85準直后，經(jīng)第四透鏡84耦合入第二光纖92，經(jīng)第二透鏡82、二向色鏡及第三透鏡83后耦合入第三光纖93，該拉曼信號光從第三光纖93傳至光譜儀，經(jīng)光譜儀準直、分光濾光、聚焦后耦合至其中的ICCD探測陣列。本實施例提供的探測裝置的時間分辨率可達10 ns~1 s；光譜分辨率可達~0.5 cm-1~5 cm-1（具體根據(jù)所選光柵32和光譜儀焦距而定）；空間分辨率可達~100 μm~1mm；時間探測范圍可達10 ns~∞；光譜探測范圍可達500 cm-1~1000 cm-1。
本實施例提供的探測裝置的外部光路都是通過光纖（第一光纖91、第二光纖92、第三光纖93）完成的，這大大提升了裝置的便攜性和對探測環(huán)境的適應性，使得此裝置可同氣炮、電炮或火炮配合可在環(huán)境相對惡劣的廠房、野外進行實驗。此外，光纖結構也降低的實驗門檻，使得一些不具有光學實驗經(jīng)驗的人員也可輕松完成實驗。
實施例2：本發(fā)明同時提供具備時間分辨能力的拉曼光譜探測方法，具體的，采用脈沖觸發(fā)方式，同步觸發(fā)激光器10發(fā)射探測激光、激發(fā)源60發(fā)射激發(fā)光源以及光譜收集裝置30接收拉曼信號光；所述激發(fā)源60可能是激發(fā)光源，也可以是沖擊加載源（如氣炮），也可以是超聲波加載源（如超聲換能器）。。
優(yōu)選的，由激發(fā)源60向同步控制裝置20發(fā)出觸發(fā)信號，所述同步觸發(fā)裝置同步控制所述激光器10及所述光譜收集裝置30的開啟。
優(yōu)選的，所述同步觸發(fā)裝置為延時發(fā)生器，所述延時發(fā)生器根據(jù)激發(fā)源60發(fā)出的觸發(fā)信號調節(jié)所述激光器10及所述光譜收集裝置30的開啟時間，以使得所述光譜收集裝置30獲得與時間相關的拉曼信號光。
具體的，ICCD探測陣列可為優(yōu)選的光譜收集裝置。