本發(fā)明涉及寶石鑒定領(lǐng)域，特別是涉及一種拉曼光譜儀。

背景技術(shù)：

隨著珠寶市場(chǎng)的擴(kuò)大，越來(lái)越多的人工寶石及假冒寶石出現(xiàn)在市場(chǎng)上，這些寶石在市場(chǎng)上以假亂真，以次充好。傳統(tǒng)的寶石鑒定主要靠鑒定人員的經(jīng)驗(yàn),使用放大鏡、比重計(jì)、顯微鏡、折射儀等手段。但是隨著高新技術(shù)的發(fā)展，人工寶石的合成方法及優(yōu)化處理寶石的方法也得到了促進(jìn)，一些合成寶石具有同天然寶石一樣的化學(xué)成分，晶體結(jié)構(gòu)，以及物理性質(zhì)，傳統(tǒng)的鑒定技術(shù)已經(jīng)不能滿足寶石鑒定的需求。

光譜檢測(cè)技術(shù)具有無(wú)損、快速、準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)，在寶石研究中得到廣泛的關(guān)注和發(fā)展，是目前寶石鑒定較權(quán)威的分析方式。其中，拉曼光譜分析技術(shù)在物質(zhì)的鑒定，分子結(jié)構(gòu)的研究中有廣泛的應(yīng)用。然而，一般的拉曼光譜儀器中采用高精度的光柵分光系統(tǒng)，其價(jià)格昂貴，體積大，使得拉曼光譜檢測(cè)技術(shù)在寶石鑒定中的廣泛應(yīng)用受到限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種體積小、價(jià)格低的便攜式拉曼光譜儀。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案

一種拉曼光譜儀，所述光譜儀包括：激光器、透鏡、二向色鏡、共焦顯微鏡頭、光學(xué)系統(tǒng)、法布里-珀羅可調(diào)濾波器、硅探測(cè)器；

所述激光器發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)所述透鏡后照射到所述二向色鏡上，所述二向色鏡將所述光線反射，經(jīng)過(guò)反射后的所述光線經(jīng)過(guò)所述共焦顯微鏡頭照射到樣品上，所述光線經(jīng)樣品后發(fā)生瑞利散射和拉曼散射，發(fā)生瑞利散射的散射光和發(fā)生拉曼散射后的散射光經(jīng)所述共焦顯微鏡頭后，再次射向所述二向色鏡，所述二向色鏡使所述散射光中的拉曼散射光透射、瑞利散射光反射，經(jīng)過(guò)所述二向色鏡透射的拉曼散射光依次經(jīng)過(guò)所述光學(xué)系統(tǒng)、法布里-珀羅可調(diào)濾波器，由硅探測(cè)器對(duì)經(jīng)過(guò)所述法布里-珀羅可調(diào)濾波器的光線進(jìn)行檢測(cè)，得到光信號(hào)。

可選的，所述拉曼光譜儀還包括放大器、A/D轉(zhuǎn)換器和軟件系統(tǒng)，所述軟件系統(tǒng)包括參數(shù)優(yōu)化模塊、數(shù)據(jù)處理模塊，所述由硅探測(cè)器檢測(cè)到的光信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器的放大以及所述A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換后，由所述參數(shù)優(yōu)化模塊、所述數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)所述光信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化處理。

可選的，所述軟件系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)庫(kù)匹配鑒定模塊和數(shù)據(jù)庫(kù)添加模塊，所述數(shù)據(jù)庫(kù)匹配鑒定模塊用于將所述樣品的拉曼光譜圖數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)里的天然寶石、人工寶石及假冒寶石的拉曼光譜圖數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，所述數(shù)據(jù)庫(kù)添加模塊用于向數(shù)據(jù)庫(kù)中添加天然寶石、人工寶石或假冒寶石的拉曼譜圖數(shù)據(jù)。

可選的，所述光學(xué)系統(tǒng)由兩片透鏡構(gòu)成，用于匯聚所述拉曼散射光。

可選的，所述法布里-珀羅可調(diào)濾光器用于對(duì)所述光線進(jìn)行分光。

可選的，所述法布里-珀羅可調(diào)濾光器采用微機(jī)電加工技術(shù)加工制造而成。

可選的，所述激光器為半導(dǎo)體激光器，所述激光器發(fā)出的激光波長(zhǎng)范圍為532nm-785nm，所述激光的功率為50-100mW，所述激光的帶寬小于0.01nm，所述激光的光斑直徑小于3μm。

根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開(kāi)了以下技術(shù)效果：本發(fā)明提供的拉曼光譜儀中的二向色鏡既起到了將光線反射到共焦顯微鏡頭的作用，又起到了對(duì)樣品散射的光進(jìn)行過(guò)濾的作用，一個(gè)元件發(fā)揮了兩個(gè)元件的功能，減少了元件的數(shù)量，縮小了光譜儀的體積，而且，本發(fā)明采用體積小的法布里-珀羅可調(diào)濾光器用于對(duì)光線進(jìn)行分光，采用由兩個(gè)透鏡組成的光學(xué)系統(tǒng)匯聚散射光，進(jìn)一步縮小了光譜儀的體積。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例拉曼光譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例拉曼光譜儀光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種體積小、成本低的便攜式拉曼光譜儀。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

拉曼光譜檢測(cè)技術(shù)基于光的非彈性散射，當(dāng)激光入射到物質(zhì)時(shí)產(chǎn)生斯托克斯非彈性散射，即拉曼位移，每種物質(zhì)具有自己特定的拉曼位移，包括拉曼譜線數(shù)目，位移大小，譜線強(qiáng)度，其直接與測(cè)試樣品的分子振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)有關(guān)，稱為物質(zhì)的“指紋”，由此可以對(duì)測(cè)試樣品的組成成分和晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，獲取物質(zhì)信息,達(dá)到測(cè)定、鑒別的目的。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例拉曼光譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，首先，激光器1發(fā)出的激光經(jīng)過(guò)由透鏡2和二向色鏡3組成的光路后，經(jīng)二向色鏡反射，從共焦顯微鏡4射出，照射在樣品5上，光線經(jīng)樣品發(fā)生瑞利散射和拉曼散射，散射光被共焦顯微鏡頭收集，二向色鏡使拉曼散射光透射，使瑞利散射光反射，濾除了信號(hào)中的瑞利散射光，提高信噪比，然后，拉曼信號(hào)通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)6垂直入射到法布里-珀羅可調(diào)濾光器7進(jìn)行分光，由硅探測(cè)器8檢測(cè)光信號(hào)，最后，信號(hào)經(jīng)放大器9和A/D轉(zhuǎn)換器10，在顯示器11上得到檢測(cè)樣品的拉曼光譜圖，檢測(cè)過(guò)程以及后續(xù)的數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)庫(kù)匹配等均由軟件系統(tǒng)12控制。

本發(fā)明中的激光器用于發(fā)射激光光源，發(fā)射的激光波長(zhǎng)為532nm到785nm；二向色鏡既用于改變激光光源方向，又具有對(duì)于樣品的拉曼散射光能夠使其全部通過(guò)，而摻雜在其中的瑞利散射光，激光雜散光等則會(huì)被反射，不能通過(guò)，達(dá)到濾除的效果，從而提高信噪比；共焦顯微鏡頭用于收集散射光信號(hào)；光學(xué)系統(tǒng)的作用是會(huì)聚拉曼散射光，圖2為本發(fā)明實(shí)施例拉曼光譜儀光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，光學(xué)系統(tǒng)由針孔光闌和準(zhǔn)直透鏡組成，針孔光闌601通過(guò)共焦顯微鏡4與樣品上的采樣點(diǎn)共焦，針孔光闌601用于提高位置精度和測(cè)量信噪比；準(zhǔn)直透鏡用于將顯微鏡出射的拉曼信號(hào)光準(zhǔn)直為平行光，準(zhǔn)直透鏡由凸透鏡602和凹透鏡603組成，凸透鏡602用于會(huì)聚通過(guò)針孔光闌601的光，凸透鏡602能夠?qū)⒋蟛糠滞ㄟ^(guò)針孔光闌601的光會(huì)聚起來(lái)，凹透鏡603用于將凸透鏡602會(huì)聚的光線轉(zhuǎn)換成平行光，入射在法布里-珀羅可調(diào)濾光器上，從而實(shí)現(xiàn)分光的單色光信號(hào)檢測(cè)。法布里-珀羅可調(diào)濾光器：主要由法布里-珀羅干涉儀原理實(shí)現(xiàn)，主要由兩平行玻璃板組成，兩平行玻璃板間存在一定的空隙間隔，兩塊玻璃板相對(duì)的內(nèi)表面都具有高反射率，形成一干涉腔，拉曼信號(hào)光經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后垂直入射到平行玻璃板上，上玻璃板上有一層薄膜結(jié)構(gòu)，當(dāng)空隙間隔為mλ/2(m為整數(shù))，上玻璃板相當(dāng)于一個(gè)濾光器件，只允許波長(zhǎng)為λ的光通過(guò)，在平行玻璃板上作用一電壓，通過(guò)控制電壓的大小可以調(diào)節(jié)兩平行玻璃板間的空隙間隔，空隙間隔改變使透射光波長(zhǎng)也改變，從而實(shí)現(xiàn)分光；硅探測(cè)器用于探測(cè)經(jīng)由法布里-珀羅可調(diào)濾光器過(guò)后拉曼光信號(hào)，性價(jià)比也較好；放大器用于放大探測(cè)到的信號(hào)；A/D轉(zhuǎn)換器用于把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理；顯示器為各項(xiàng)操作的界面，可顯示拉曼光譜圖；軟件系統(tǒng)包括參數(shù)優(yōu)化、數(shù)據(jù)處理等功能外，還包括數(shù)據(jù)庫(kù)匹配鑒定，數(shù)據(jù)庫(kù)添加等功能。數(shù)據(jù)庫(kù)里有常見(jiàn)的天然寶石，人工寶石及假冒寶石的拉曼譜圖數(shù)據(jù)，結(jié)合常見(jiàn)天然寶石，人工寶石及假寶石的一些特征拉曼峰，即可對(duì)寶石的真假以及品質(zhì)如有無(wú)進(jìn)行染色填充等進(jìn)行鑒定。

本發(fā)明提供的拉曼光譜儀可鑒定的寶石種類包括紅寶石，藍(lán)寶石，祖母綠,鉆石，翡翠等。其中，紅寶石有七個(gè)特征拉曼位移峰，分別在378cm-¹，417cm-¹，430cm-¹，447cm-¹，576cm-¹，645cm-¹，750cm-¹附近；藍(lán)寶石與紅寶石的主成份相同，具有相同的特征峰，與紅寶石區(qū)別在于紅寶石含鉻元素，藍(lán)寶石則含有鈦和鐵等其他元素，再結(jié)合顏色鑒別可得出結(jié)果；祖母綠的主要拉曼峰在684cm-¹，412cm-¹附近；鉆石特征拉曼位移為1332cm-¹；翡翠主要拉曼位移峰在378cm-¹，702cm-¹，1040cm-¹附近。

根據(jù)所檢測(cè)得到的拉曼位移峰的位置可以確定寶石的類型，如果主要拉曼峰出現(xiàn)在378cm-¹，702cm-¹，1040cm-¹附近，則可以確定該寶石為翡翠。通過(guò)拉曼峰的峰強(qiáng)，峰半高寬等信息，可以可以判斷寶石表面晶體結(jié)構(gòu)是否遭到破環(huán)，如果檢測(cè)到的特征峰強(qiáng)度相對(duì)變小，峰半高寬出現(xiàn)展寬，表明寶石表面晶體遭到破壞，是經(jīng)過(guò)強(qiáng)酸清洗漂白的處理的寶石。由拉曼光譜的熒光信息和光譜中出現(xiàn)的其他拉曼峰的具體位置可以判斷寶石中含有的物質(zhì)類型，如填充物質(zhì)，有機(jī)染料等，如果拉曼譜圖中出現(xiàn)較大的熒光包，還有一些其他的拉曼峰，如1162cm-¹，1123cm-¹(環(huán)氧樹(shù)脂苯環(huán)特征拉曼位移)等，則可以判斷出寶石經(jīng)過(guò)有機(jī)染料的染色處理和環(huán)氧樹(shù)脂填充處理。

本發(fā)明提供的拉曼光譜儀中的二向色鏡既起到了將激光光線反射到共焦顯微鏡頭的作用，又起到了對(duì)樣品瑞利散射的光進(jìn)行過(guò)濾的作用，一個(gè)元件發(fā)揮了兩個(gè)元件的功能，減少了元件的數(shù)量，縮小了光譜儀的體積，而且，本發(fā)明采用體積小的法布里-珀羅可調(diào)濾光器用于對(duì)光線進(jìn)行分光，采用由兩個(gè)透鏡組成的光學(xué)系統(tǒng)匯聚散射光，進(jìn)一步縮小了光譜儀的體積，使本發(fā)明提供的拉曼光譜儀具有體積小、便攜的優(yōu)勢(shì)。

本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說(shuō)明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。