一種表面增強拉曼光譜測試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種表面增強拉曼光譜測試系統(tǒng)，涉及光譜檢測技術(shù)領(lǐng)域，所解決的是提高檢測靈敏度的技術(shù)問題。該系統(tǒng)包括光柵光譜儀、激光光源、探測探頭、表面增強采樣模塊；所述探測探頭包括拉曼激發(fā)光光纖頭、光源側(cè)準直透鏡、短波通濾光片、窄帶濾光片、45度全反射鏡、45度雙色濾光片、長波通濾光片、聚焦透鏡、拉曼接收光纖頭；所述表面增強采樣模塊包括耦合透鏡、激光入射光纖頭、激光出射光纖頭、表面增強金屬層。本實用新型提供的系統(tǒng)，能用于檢測低微濃度樣品。
【專利說明】
一種表面増強拉曼光譜測試系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及光譜檢測技術(shù)，特別是涉及一種表面增強式拉曼光譜測試系統(tǒng)的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]激發(fā)光的光子將待測物質(zhì)電子激發(fā)到一個高能態(tài)，高能態(tài)電子隨即躍迀到一個低能態(tài)，同時發(fā)出散射光子。若電子的初態(tài)與末態(tài)的能級相同，根據(jù)能量守恒，那么散射光子與入射光子能量相等，此現(xiàn)象稱為瑞利散射;若電子初態(tài)與末態(tài)能級不同，那么散射光子與入射光子能量不同，此現(xiàn)象稱為拉曼散射。拉曼光譜是一種振動譜形式，即能量躍迀產(chǎn)生于分子的振動。因為振動與官能團相關(guān)，當躍迀能量描繪成譜圖時，即可用來識別分子。
[0003]現(xiàn)有拉曼光譜測量系統(tǒng)一般包括激光光源、探測探頭、光譜儀，其中激光光源作為拉曼信號的激發(fā)光源，激發(fā)光被探測探頭的透鏡聚焦后照射到被測樣品表面，探測探頭是對激發(fā)光進行濾波、聚焦;對拉曼信號光進行收集、濾波，然后傳輸?shù)焦庾V儀，光譜儀用來色散拉曼信號光，探測不同波長處拉曼信號強度。
[0004]現(xiàn)有拉曼光譜測量系統(tǒng)的缺陷在于:激發(fā)光是聚焦后照射到被測樣品，是單點激發(fā)拉曼信號，絕大部分的激發(fā)光都被銳利散射掉，沒有充分利用，激發(fā)光聚焦成點照射到樣品表面，所產(chǎn)生的拉曼信號光以激發(fā)光照射點為中心向四周輻射，而探頭的拉曼光收集系統(tǒng)受限于其透鏡的NA和工作距離限制，只能收集很小的一個范圍角內(nèi)的拉曼輻射信號，因此使本就比較微弱的拉曼信號更加微弱，難于探測。因此，激發(fā)光與樣品的作用距離較短，拉曼信號的產(chǎn)出效率及收集效率都較低，使系統(tǒng)檢測靈敏度較差，難以檢測低微濃度樣品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種拉曼信號的產(chǎn)出效率及收集效率高，因而系統(tǒng)檢測靈敏度高，能用于檢測低微濃度樣品的表面增強式拉曼測試系統(tǒng)。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型所提供的一種表面增強式拉曼光譜測試系統(tǒng)，包括光柵光譜儀、激光光源、探測探頭、表面增強采樣模塊；
[0007]所述探測探頭包括拉曼激發(fā)光光纖頭、光源側(cè)準直透鏡、短波通濾光片、窄帶濾光片、45度全反射鏡、45度雙色濾光片、長波通濾光片、聚焦透鏡、拉曼接收光纖頭；
[0008]其特征在于:還包括表面增強采樣模塊，所述表面增強采樣模塊包括耦合透鏡、激光入射光纖頭、激光出射光纖頭、表面增強金屬層；
[0009]該系統(tǒng)具有兩條光路，其中的一條光路為激發(fā)光路，另一條光路為檢測光路；
[0010]所述激發(fā)光路的光路結(jié)構(gòu)為:從激光光源出發(fā)，先經(jīng)過拉曼激發(fā)光光纖頭，再從光源側(cè)準直透鏡的發(fā)散光入射面進入并穿過光源側(cè)準直透鏡，再依次經(jīng)短波通濾光片、窄帶濾光片、45度全反射鏡、45度雙色濾光片、親合透鏡、激光入射光纖頭、激光出射光纖頭，至Ij達表面增強金屬層；
[0011]所述檢測光路的光路結(jié)構(gòu)為:從表面增強金屬層出發(fā)，依次經(jīng)激光出射光纖頭、激光入射光纖頭、耦合透鏡、45度雙色濾光片、長波通濾光片、聚焦透鏡、拉曼接收光纖頭，到達光柵光譜儀。
[0012]本實用新型提供的表面增強式拉曼測試系統(tǒng)，引入了表面增強效應，顯著提高了拉曼信號光的產(chǎn)出效率及收集效率，因而系統(tǒng)檢測靈敏度高，能用于檢測低微濃度樣品。
【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型實施例的表面增強式拉曼測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是本實用新型實施例的表面增強式拉曼測試系統(tǒng)中的探測探頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0015]以下結(jié)合【附圖說明】對本實用新型的實施例作進一步詳細描述，但本實施例并不用于限制本實用新型，凡是采用本實用新型的相似結(jié)構(gòu)及其相似變化，均應列入本實用新型的保護范圍。
[0016]如圖1-圖2所示，本實用新型實施例所提供的一種表面增強式拉曼測試系統(tǒng)，包括光柵光譜儀1、激光光源4、探測探頭2;
[0017]所述探測探頭2包括拉曼激發(fā)光光纖頭20、光源側(cè)準直透鏡21、短波通濾光片22、窄帶濾光片23、45度全反射鏡24、45度雙色濾光片25、長波通濾光片26、聚焦透鏡27、拉曼接收光纖頭28 ；
[0018]其特征在于:還包括表面增強采樣模塊，所述表面增強采樣模塊包括耦合透鏡30、激光入射光纖頭31、激光出射光纖頭32、表面增強金屬層34;
[0019]該系統(tǒng)具有兩條光路，其中的一條光路為激發(fā)光路，另一條光路為檢測光路；
[0020]所述激發(fā)光路的光路結(jié)構(gòu)為:從激光光源4出發(fā)，先經(jīng)過拉曼激發(fā)光光纖頭20，再從光源側(cè)準直透鏡21的發(fā)散光入射面進入并穿過光源側(cè)準直透鏡21，再依次經(jīng)短波通濾光片22、窄帶濾光片23、45度全反射鏡24、45度雙色濾光片25、耦合透鏡30、激光入射光纖頭
31、激光出射光纖頭32，到達表面增強金屬層34;
[0021]所述檢測光路的光路結(jié)構(gòu)為:從表面增強金屬層34出發(fā)，依次經(jīng)激光出射光纖頭
32、激光入射光纖頭31、耦合透鏡30、45度雙色濾光片25、長波通濾光片26、聚焦透鏡27、拉曼接收光纖頭28，到達光柵光譜儀I。
[0022]本實用新型實施例中，所述光柵光譜儀1、激光光源4均為現(xiàn)有技術(shù);光柵光譜儀是一種光譜分析設備，能將通過光纖輸入的拉曼信號光按照波長進行強度分析，給出拉曼信號光的譜圖數(shù)據(jù)；激光光源是一種窄線寬激光器，它能發(fā)射特定波長的激光(如5 3 2nm和785nm的激光)，該激光作為拉曼信號的激發(fā)光通過光纖傳輸?shù)教綔y探頭，在探測探頭內(nèi)經(jīng)過濾波、反射后聚焦到耦合透鏡上，再經(jīng)光纖傳輸?shù)郊す獬錾涔饫w頭32和表面增強金屬層34之間的待測樣品液滴33上。
[0023]本實用新型實施例中，所述短波通濾光片22用于吸收激光源的無用長波成分雜光，以降低對系統(tǒng)長波探測信號的干擾;所述窄帶濾光片23能進一步凈化激發(fā)光源的激光輸出，濾除激發(fā)光的邊模;所述45度全反射鏡24能反射45度入射的拉曼激發(fā)光，使經(jīng)過窄帶濾光片23的激光轉(zhuǎn)折90度，入射到45度雙色濾光片25;所述45度雙色濾光片25能反射轉(zhuǎn)折45度入射的拉曼激發(fā)光，同時允許45度入射的拉曼信號光通過;所述長波通濾光片26能有效濾除殘余的激發(fā)光，使激發(fā)光不致影響探測器對拉曼信號光的響應;所述聚焦透鏡27能將通過長波通濾光片26的拉曼信號光進行聚焦，耦合進拉曼接收光纖頭28;所述耦合透鏡30用于將探測探頭出射的激發(fā)光耦合進激光入射光纖頭31，同時也可以將由激光入射光纖頭31出射的拉曼信號光準直;所述激光入射光纖頭31和激光出射光纖頭32均為光纖插針結(jié)構(gòu)，并且端面光學拋光，激光出射光纖頭32可以吸附待測量的樣品液滴33，樣品液滴33對從激光出射光纖頭32出射的激發(fā)光有一定的聚焦作用，同時對激發(fā)的拉曼信號又可以聚焦耦合進激光出射光纖頭32;所述表面增強金屬層34是具有一定粗糙度的金鍍層、銀鍍層、銅鍍層或金屬針，其可以顯著增強拉曼信號光的產(chǎn)出率，通?？梢蕴岣?個量級以上。
[0024]本實用新型實施例的工作原理如下:
[0025]激光光源4發(fā)射的激光經(jīng)過光纖傳輸?shù)嚼ぐl(fā)光光纖頭20，再從光源側(cè)準直透鏡21的發(fā)散光入射面進入并穿過光源側(cè)準直透鏡21，被光源側(cè)準直透鏡21準直后，再依次先穿過短波通濾光片22濾除長波雜光，再經(jīng)過窄帶濾光片23濾除邊模，再經(jīng)45度全反射鏡24反射后，光路轉(zhuǎn)折90度，入射到45度雙色濾光片25，被45度雙色濾光片25全反射后，入射到耦合透鏡30，再由耦合透鏡30耦合進激光入射光纖頭31，經(jīng)過光纖傳輸后，從激光出射光纖頭32出射，入射到待測樣品液滴33上，在表面增強金屬層34的增強作用下，產(chǎn)生增強的拉曼光信號；
[0026]增強的拉曼信號光被樣品液滴33聚焦收集后耦合進激光出射光纖頭32，再沿光纖傳輸后通過激光入射光纖頭31出射，再經(jīng)過親合透鏡30親合后，依次先由45度雙色濾光片25濾除部分激發(fā)光殘留，再經(jīng)過長波通濾光片26進一步濾除信號光中夾雜的激發(fā)光殘留，再經(jīng)聚焦透鏡27耦合進入拉曼接收光纖頭28，經(jīng)光纖傳輸進入光柵光譜儀I，得到拉曼光譜信號譜圖。
【主權(quán)項】
1.一種表面增強拉曼光譜測試系統(tǒng)，包括光柵光譜儀、激光光源、探測探頭； 所述探測探頭包括拉曼激發(fā)光光纖頭、光源側(cè)準直透鏡、短波通濾光片、窄帶濾光片、45度全反射鏡、45度雙色濾光片、長波通濾光片、聚焦透鏡、拉曼接收光纖頭； 其特征在于:還包括表面增強采樣模塊，所述表面增強采樣模塊包括耦合透鏡、激光入射光纖頭、激光出射光纖頭、表面增強金屬層； 該系統(tǒng)具有兩條光路，其中的一條光路為激發(fā)光路，另一條光路為檢測光路； 所述激發(fā)光路的光路結(jié)構(gòu)為:從激光光源出發(fā)，先經(jīng)過拉曼激發(fā)光光纖頭，再從光源側(cè)準直透鏡的發(fā)散光入射面進入并穿過光源側(cè)準直透鏡，再依次經(jīng)短波通濾光片、窄帶濾光片、45度全反射鏡、45度雙色濾光片、親合透鏡、激光入射光纖頭、激光出射光纖頭，到達表面增強金屬層； 所述檢測光路的光路結(jié)構(gòu)為:從表面增強金屬層出發(fā)，依次經(jīng)激光出射光纖頭、激光入射光纖頭、耦合透鏡、45度雙色濾光片、長波通濾光片、聚焦透鏡、拉曼接收光纖頭，到達光柵光譜儀。
【文檔編號】G01N21/65GK205449805SQ201620230706
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月24日
【發(fā)明人】于永愛, 呂超, 陳娟
【申請人】上海如海光電科技有限公司