CN212031304U - 基于光场耦合器件的新型拉曼光谱仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于光场耦合器件的新型拉曼光谱仪，包括检测光源(1)、准直镜组(2)、光束整合模块(3)、光束合成器(6)、空间光场计算部件(7)和探测器(8)；检测光源用于产生拉曼光线，准直镜组接收光源产生的拉曼光线并形成平行光束，光束整合模块将平行光束分为两束光，再将两束光分别反射射入待测样品和参考标本中，两束光经由光束合成器合束到空间光场计算部件中，其中空间光场计算部件整体构成4‑f光学***，光场耦合器作为频谱面的调控，从空间光场计算部件输出的光信号输入至探测器中，探测器接收由成像组件聚焦的光谱信息。本实用新型通过空间光场计算器件调制，能检测两个检测对象，用于物质纯度检测、物质分析对比等。

Description

基于光场耦合器件的新型拉曼光谱仪

技术领域

本实用新型涉及一种光谱检测技术领域，特别是一种基于光场耦合器件的新型拉曼光谱仪。

背景技术

拉曼散射是光照射到物质上发生的非弹性散射所产生的一种现象。拉曼光谱技术是基于光和物质相互作用从而产生的拉曼散射进行检测的技术，其具有非破坏性、非侵入性、分析效率高等优点，因为每个分子都有与之对应的特征拉曼光谱，从而在考古、医学、文物、宝石鉴定、林业及法庭科学等领域有许多的应用。

拉曼光谱仪主要分为色散型拉曼光谱仪和傅里叶变换拉曼光谱仪。色散型拉曼光谱仪是通过光栅分光，并用阵列CCD检测不同波长的光信号，在测量过程中结构是固定的，但在高分辨率且宽波段测量情况下，其测量光通量和灵敏度较低，因此应用范围受限。傅里叶变换光谱仪利用迈克尔逊干涉仪，通过移动其中一面反射镜，来扫描不同波长的共振信息，再经由傅里叶变换，将扫描测得数据，转化为不同波段的信号，在拉曼测量的过程中需要移动元件，受环境影响较大。

国家知识产权局公开了一种拉曼光谱仪(公开号为CN110553736A)，该专利虽然部分解决了一般难以实现激发波长变化较大情况下的拉曼光谱测量。先技术虽具有一定优点，但同时也具有不足之处：(1)使用过程中只能对单一物质进行检测；(2)鉴别物质时不具有优势，需要分步进行，操作繁琐，无法同时进行不同物质间的分析对比。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型要解决的问题是，提出了一种通过空间光场计算器件调制，能检测两个检测对象的基于光场耦合器件的新型拉曼光谱仪，用于物质纯度检测、物质分析对比，以解决现有技术存在的只能检测单一物质、操作复杂的技术问题。

本实用新型的技术解决方案是，提供一种以下的基于光场耦合器件的新型拉曼光谱仪，包括检测光源、准直镜组、光束整合模块、光束合成器、空间光场计算部件和探测器，所述空间光场计算部件入射光屏、凸透镜、光场耦合器、凸透镜和出射光屏；检测光源用于产生拉曼光线，准直镜组用于接收光源产生的拉曼光线并形成平行光束，所述光束整合模块将平行光束分为两束光，再将两束光分别反射射入待测样品和参考标本中，两束光经由光束合成器合束到空间光场计算部件中的入射光屏处，光束经入射光屏、凸透镜和光场耦合器，再经由凸透镜聚焦到空间光场计算部件中的出射光屏处，其中空间光场计算部件整体构成4-f光学***，光场耦合器作为频谱面的调控，从空间光场计算部件输出的光信号输入至探测器中，探测器接收由成像组件聚焦的光谱信息。

可选的，所述光束整合模块包括第一反射透镜、第二反射透镜和第一直角棱镜，所述第一直角棱镜将平行光束分为两束光，两束光分别经由第一反射透镜和第二反射透镜反射射入待测样品和参考标本中。

可选的，所述光束合成器包括第三反射透镜、第四反射透镜和第二直角棱镜，所述第三反射透镜和第四反射透镜分别接收从待测样品和参考标本射入的两束光，并经所述第二直角棱镜将两束光合成平行光束，并入射至所述空间光场计算部件。

可选的，准直镜组包括入射狭缝和准直透镜，其中准直透镜的焦点与所述入射狭缝的位置重合。

可选的，所述的检测光源用于产生拉曼光线，为532nm、638nm、785nm 以及1064nm拉曼激发波长之一的高功率激光器。

可选的，所述的第一直角棱镜和第二直角棱镜为UV熔融石英直角棱镜、氟化钙直角棱镜或N-BK7直角棱镜。

可选的，所述的光场耦合器为正弦光栅、余弦光栅或经过特定计算的光场耦合器件。

可选的，所述的探测器为面阵探测器。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：本实用新型实现了对待测样品的快速、实时检测；通过光场耦合器，使空间光场计算部件中入射的两束光产生频谱面的调控，得到了待检测物质与参考标本是否有差异的信息，利用不同物质在产生拉曼散射形成的光谱不同对物质进行纯度检测或分析对比，通过光场耦合器件使其输出唯一光信号，光信号包含了两种物质的差异，实现了高效、快速、准确的对物质纯度检测或分析对比。

附图说明

图1为本实用新型基于光场耦合器件的新型拉曼光谱仪的结构示意图。

图2为本实用新型的空间光场计算部件的原理示意图。

图中所示：1、检测光源，2、准直镜组，3、光束整合模块，301、第一反射透镜，302、第一直角棱镜，303、第二反射透镜，4、待测样品，5、参考标本，6、光束合成器，7、空间光场计算部件，701、入射光屏，702、第一凸透镜，703、光场耦合器，704、第二凸透镜，705、出射光屏，8、探测器。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细描述，但本实用新型并不仅仅限于这些实施例。本实用新型涵盖任何在本实用新型的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。

为了使公众对本实用新型有彻底的了解，在以下本实用新型优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本实用新型。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本实用新型。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

参考图1所示，示意了本实用新型基于光场耦合器件的新型拉曼光谱仪，包括检测光源1、准直镜组2、光束整合模块3、光束合成器6、空间光场计算部件7和探测器8，所述空间光场计算部件7入射光屏701、凸透镜702、光场耦合器703、凸透镜704和出射光屏705；检测光源1用于产生拉曼光线，准直镜组2用于接收光源产生的拉曼光线并形成平行光束，所述光束整合模块3将平行光束分为两束光，再将两束光分别反射射入待测样品4和参考标本5中，两束光经由光束合成器6合束到空间光场计算部件7中的入射光屏701处，光束经入射光屏701、凸透镜702和光场耦合器703，再经由凸透镜704聚焦到空间光场计算部件7中的出射光屏705处，其中空间光场计算部件7整体构成4-f 光学***，光场耦合器703作为频谱面的调控，从空间光场计算部件7输出的光信号输入至探测器8中，探测器8接收由成像组件聚焦的光谱信息。

所述光束整合模块3包括第一反射透镜301、第二反射透镜303和第一直角棱镜302，所述第一直角棱镜302将平行光束分为两束光，两束光分别经由第一反射透镜301和第二反射透镜303反射射入待测样品4和参考标本5中。

所述光束合成器6包括第三反射透镜601、第四反射透镜603和第二直角棱镜602，所述第三反射透镜601和第四反射透镜603分别接收从待测样品4和参考标本5射入的两束光，并经所述第二直角棱镜602将两束光合成平行光束，并入射至所述空间光场计算部件7。

准直镜组2包括入射狭缝和准直透镜，其中准直透镜的焦点与所述入射狭缝的位置重合。

所述的检测光源1用于产生拉曼光线，为532nm、638nm、785nm以及1064 nm拉曼激发波长之一的高功率激光器。

所述的第一直角棱镜302和第二直角棱镜602为UV熔融石英直角棱镜、氟化钙直角棱镜或N-BK7直角棱镜。

所述的光场耦合器703为正弦光栅、余弦光栅或经过特定计算的光场耦合器件。

所述的探测器8为面阵探测器。

本实用新型实现了对待测样品的快速、实时检测；通过光场耦合器，使空间光场计算部件中入射的两束光产生频谱面的调控，得到了待检测物质与参考标本是否有差异的信息，利用不同物质在产生拉曼散射形成的光谱不同对物质进行纯度检测或分析对比，通过光场耦合器件使其输出唯一光信号，光信号包含了两种物质的差异，实现了高效、快速、准确的对物质纯度检测或分析对比。采用空间光场计算的方式可以提高检测装置的信噪比；大量减少后期数据处理工作，输出信号直接为物质纯度检测或对比分析的结果；本实用新型的关键部件可模块化，其中偏折射器件、光束合成器、空间光场计算部件均可以集成为单一部件，调试更加简单。

虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。

以上所述的具体实施方式对本实用新型的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本实用新型的最优选实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于光场耦合器件的新型拉曼光谱仪，包括检测光源(1)、准直镜组(2)、光束整合模块(3)、光束合成器(6)、空间光场计算部件(7)和探测器(8)，所述空间光场计算部件(7)入射光屏(701)、第一凸透镜(702)、光场耦合器(703)、第二凸透镜(704)和出射光屏(705)；其特征在于：检测光源(1)用于产生拉曼光线，准直镜组(2)用于接收光源产生的拉曼光线并形成平行光束，所述光束整合模块(3)将平行光束分为两束光，再将两束光分别反射射入待测样品(4)和参考标本(5)中，两束光经由光束合成器(6)合束到空间光场计算部件(7)中的入射光屏(701)处，光束经入射光屏(701)、第一凸透镜(702)和光场耦合器(703)，再经由第二凸透镜(704)聚焦到空间光场计算部件(7)中的出射光屏(705)处，其中空间光场计算部件(7)整体构成4-f光学***，光场耦合器(703)作为频谱面的调控，从空间光场计算部件(7)输出的光信号输入至探测器(8)中，探测器(8)接收由成像组件聚焦的光谱信息。

2.根据权利要求1所述的基于光场耦合器件的新型拉曼光谱仪，其特征在于：所述光束整合模块(3)包括第一反射透镜(301)、第二反射透镜(303)和第一直角棱镜(302)，所述第一直角棱镜(302)将平行光束分为两束光，两束光分别经由第一反射透镜(301)和第二反射透镜(303)反射射入待测样品(4)和参考标本(5)中。

3.根据权利要求1所述的基于光场耦合器件的新型拉曼光谱仪，其特征在于：所述光束合成器(6)包括第三反射透镜(601)、第四反射透镜(603)和第二直角棱镜(602)，所述第三反射透镜(601)和第四反射透镜(603)分别接收从待测样品(4)和参考标本(5)射入的两束光，并经所述第二直角棱镜(602)将两束光合成平行光束，并入射至所述空间光场计算部件(7)。

4.根据权利要求1、2或3所述的基于光场耦合器件的新型拉曼光谱仪，其特征在于：准直镜组(2)包括入射狭缝和准直透镜，其中准直透镜的焦点与所述入射狭缝的位置重合。

5.根据权利要求1所述的基于光场耦合器件的新型拉曼光谱仪，其特征在于：所述的检测光源(1)用于产生拉曼光线，为532nm、638nm、785nm以及1064nm拉曼激发波长之一的高功率激光器。

6.根据权利要求2所述的一种基于光场耦合器件的新型拉曼光谱仪，其特征在于：所述的第一直角棱镜(302)和第二直角棱镜(602)为UV熔融石英直角棱镜、氟化钙直角棱镜或N-BK7直角棱镜。

7.根据权利要求1所述的一种基于光场耦合器件的新型拉曼光谱仪,其特征在于：所述的光场耦合器(703)为正弦光栅、余弦光栅或经过特定计算的光场耦合器件。

8.根据权利要求1所述的一种基于光场耦合器件的新型拉曼光谱仪，其特征在于：所述的探测器(8)为面阵探测器。

Images