一種基于微透鏡陣列的多焦點式拉曼光譜采集儀制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于微透鏡陣列的多焦點式拉曼光譜采集儀，本發(fā)明專利技術(shù)有效解決了較高入射光強(qiáng)度對拉曼信號采集的影響這一技術(shù)難題，并可進(jìn)一步提高拉曼光譜的采集效率，實現(xiàn)顯微拉曼測量。通過在拉曼光譜儀中引入微透鏡陣列，可使聚焦在待測樣品上的光斑能量分散，降低聚焦高強(qiáng)度光斑對待測樣品的損壞，可擴(kuò)大拉曼光譜的應(yīng)用領(lǐng)域；同時可有效擴(kuò)大聚焦光斑的數(shù)目，提高拉曼光譜的采集效率，實現(xiàn)高速顯微拉曼。本發(fā)明專利技術(shù)涉及的多焦點式拉曼光譜采集儀，在對激光強(qiáng)度敏感體系的研究上具有廣闊的前景。

A multi focus Raman spectrum acquisition instrument based on microlens array

The invention discloses a multi focus Raman spectrum acquisition instrument based on microlens array, the invention effectively solves the technical problems of high incident light intensity of the Raman signal acquisition, and can further improve the spectra acquisition efficiency, micro Raman measurements. By the introduction of the Raman spectrometer in micro lens array, the focus on the measured beam energy on the sample dispersion, reduce the high intensity focused spot to damage the sample, can expand the field of application of Raman spectrum; at the same time can effectively expand the number of focal spot, improve the spectra acquisition efficiency, realize high speed micro raman. The invention relates to a multi focus Raman spectrum acquisition instrument, which has broad prospect in the research of the laser intensity sensitive system.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種基于微透鏡陣列的多焦點式拉曼光譜采集儀
本專利技術(shù)涉及拉曼光譜采集
，尤其涉及一種基于微透鏡陣列的多焦點式拉曼光譜采集儀。
技術(shù)介紹
拉曼散射效應(yīng)首先由印度科學(xué)家C.V.拉曼于1928年發(fā)現(xiàn)。隨著激光器的出現(xiàn)和改進(jìn)，以及弱光檢測技術(shù)的提升，基于拉曼散射效應(yīng)的拉曼光譜檢測技術(shù)得以發(fā)展。從此，拉曼光譜技術(shù)在物理、化學(xué)、生物、以及醫(yī)學(xué)等研究領(lǐng)域上有了廣泛的應(yīng)用。但是，目前常用的拉曼光譜采集儀存在著以下兩個缺點：第一、拉曼信號需要較強(qiáng)的激光作為激勵，而得到的拉曼信號卻十分微弱，而高功率的激光會損傷吸光材料，例如：黑色塑料拉曼光譜的測量就目前拉曼光譜應(yīng)用的一個難點；第二、拉曼信號較弱，所以采集時需要較長的積分時間，這導(dǎo)致拉曼光譜的采集效率較慢，對一個樣品進(jìn)行掃描式測量時會消耗大量的時間。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)提供了一種基于微透鏡陣列的多焦點式拉曼光譜采集儀，本專利技術(shù)通過在拉曼光譜采集儀中引入微透鏡陣列，使聚焦在待測樣品上的光斑能量分散，從而降低聚焦高強(qiáng)度光斑對待測樣品的損壞，擴(kuò)大拉曼光譜的應(yīng)用領(lǐng)域，詳見下文描述：一種基于微透鏡陣列的多焦點式拉曼光譜采集儀，所述多焦點式拉曼光譜采集儀主要具有兩種功能：低入射光功率拉曼光譜檢測、以及高速顯微拉曼測量；所述多焦點式拉曼光譜采集儀將一個匯聚光斑分散成多個聚焦光斑，并根據(jù)采集信號目的的不同，后期采用不同的信號處理方式；根據(jù)待測樣品和采樣要求的不同選擇不同強(qiáng)度的輸入激光，選取參數(shù)匹配的微透鏡陣列與光纖進(jìn)行拉曼信號的采集，即以矩形的形式在待測樣品表面采集信號，再以線形的形式將待測樣品的拉曼信號輸入CCD型光譜儀。所述根據(jù)采集信號目的的不同，后期采用不同的信號處理方式具體為：實現(xiàn)低光功率拉曼光譜檢測時，即想要降低聚焦高強(qiáng)度光斑對待測樣品的損壞，將采集得到的n組拉曼信號進(jìn)行疊加，最終得到一組信號，即為待測樣品的拉曼信號；實現(xiàn)高速顯微拉曼測量時，則一次測量就可以得到待測樣品表面上不同位置的n組拉曼信號，再進(jìn)行平面掃描并多次測量光譜，從而得到待測樣品感興趣區(qū)域的顯微拉曼信號。所述多焦點式拉曼光譜采集儀包括：激光器，激光器發(fā)出的激光經(jīng)過第一匯聚透鏡、針孔、第二匯聚透鏡變成較寬的激光束，其光束寬度與第一微透鏡陣列、第二微透鏡陣列相吻合；第一微透鏡陣列、第二微透鏡陣列的參數(shù)相同，入射激光通過第一微透鏡陣列進(jìn)行分束匯聚，再經(jīng)過第三匯聚透鏡和顯微鏡頭的光路調(diào)整，最后光斑照射在待測樣品上；激發(fā)出的拉曼信號沿光路返回，待測樣品表面與光纖的輸入接頭呈共軛關(guān)系，拉曼信號照射在光纖的輸入端，不同位置的拉曼信號沿光纖中不同的纖芯進(jìn)行傳導(dǎo)，光纖的輸出端為線形排布，即輸出的拉曼信號以線形照射進(jìn)CCD型光譜儀中；通過對橫軸掃描器、縱軸掃描器的調(diào)節(jié)，來完成光斑在待測樣品表面的移動，從而在不移動待測樣品的條件下，完成對待測樣品表面不同位置拉曼信號的測量。本專利技術(shù)提供的技術(shù)方案的有益效果是：通過在拉曼光譜采集儀中引入微透鏡陣列，可使聚焦在待測樣品上的光斑能量分散，降低聚焦高強(qiáng)度光斑對待測樣品的損壞，可擴(kuò)大拉曼光譜的應(yīng)用領(lǐng)域；同時可有效擴(kuò)大聚焦光斑的數(shù)目，提高拉曼光譜的采集效率，進(jìn)行高速顯微拉曼測量。附圖說明圖1是本專利技術(shù)提供的基于微透鏡陣列的多焦點式拉曼光譜采集儀的結(jié)構(gòu)簡圖；其中，1是激光器；2是第一匯聚透鏡；3是針孔；4是第二匯聚透鏡；5是第一微透鏡陣列；6是第二微透鏡陣列；7是分束鏡；8是第三匯聚透鏡；9是顯微鏡頭；10是待測樣品；11是光纖；12是CCD型光譜儀；13橫軸方向掃描器；14縱軸方向掃描器。圖2是照射在待測樣品10上光斑的示意圖；其中，黑點代表在樣品上的匯聚光斑。圖3是光纖11的示意圖。其中，A面是輸入端；B面是輸出端；每一個黑點代表一束光纖。具體實施方式為使本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面對本專利技術(shù)實施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。實施例1一種基于微透鏡陣列的多焦點式拉曼光譜采集儀，參見圖1，該多焦點式拉曼光譜采集儀主要具有兩種功能：分別是低入射光功率拉曼光譜檢測與高速顯微拉曼測量。其中，儀器光路簡圖如圖1所示，對比普通拉曼光譜儀，可以將一個匯聚光斑分散成多個聚焦光斑，并根據(jù)采集信號目的的不同，后期采用不同的信號處理方式。按照圖1所示搭建采集儀，根據(jù)待測樣品10和采樣要求的不同選擇不同強(qiáng)度的輸入激光，選取參數(shù)匹配的第一微透鏡陣列5和第二微透鏡陣列6與光纖11進(jìn)行拉曼信號的采集，即以矩形的形式在待測樣品10表面采集信號，通過光纖11的傳輸，再以線形的形式將待測樣品10的拉曼信號輸入CCD型光譜儀12。本專利技術(shù)實施例在實現(xiàn)不同功能時選用不同的算法。1、實現(xiàn)低光功率拉曼光譜檢測時，即想要降低聚焦高強(qiáng)度光斑對待測樣品10的損壞，將采集得到的n組拉曼信號進(jìn)行疊加，最終得到一組信號，即為待測樣品10的拉曼信號；2、實現(xiàn)高速顯微拉曼測量時，則一次測量就可以得到待測樣品10表面上不同位置的n組拉曼信號，再進(jìn)行平面掃描并多次測量光譜，從而得到待測樣品10感興趣區(qū)域的顯微拉曼信號。綜上所述，本專利技術(shù)實施例通過在傳統(tǒng)拉曼光譜采集儀中引入微透鏡陣列，可使聚焦在待測樣品10上的光斑能量分散，降低聚焦高強(qiáng)度光斑對待測樣品10的損壞，從而擴(kuò)大拉曼光譜的應(yīng)用領(lǐng)域；同時可有效擴(kuò)大聚焦光斑的數(shù)目，提高拉曼光譜的采集效率。實施例2下面結(jié)合圖1、圖2和圖3對實施例1中的方案進(jìn)行進(jìn)一步地介紹，詳見下文描述：本專利技術(shù)實施例提出了一種基于微透鏡陣列的多焦點式拉曼光譜采集儀，對比普通拉曼光譜采集儀，有著降低聚焦高強(qiáng)度光斑對待測樣品10的損壞、以及提高拉曼光譜的采集效率這兩個優(yōu)點，具體實施方式如下：儀器光路簡圖如圖1所示。首先，選擇頻率合適的激光器1，發(fā)出的激光經(jīng)過第一匯聚透鏡2、針孔3、第二匯聚透鏡4變成較寬的激光束，其光束寬度與第一微透鏡陣列5、第二微透鏡陣列6相吻合。第一微透鏡陣列5、第二微透鏡陣列6的參數(shù)相同，入射激光通過第一微透鏡陣列5進(jìn)行分束匯聚，再經(jīng)過第三匯聚透鏡8和顯微鏡頭9的光路調(diào)整，最后光斑以圖2形式照射在待測樣品10上。激發(fā)出的拉曼信號沿光路返回，其中待測樣品10表面與光纖11的輸入接頭呈共軛關(guān)系，拉曼信號以同圖2的分布形式照射在光纖11的輸入端，設(shè)計匹配的光纖11的接頭如圖3所示，不同位置的拉曼信號沿光纖11中不同的纖芯進(jìn)行傳導(dǎo)，光纖11的輸出端為線形排布，即輸出的拉曼信號以線形照射進(jìn)CCD型光譜儀12中。在光譜測量過程中，可以通過對橫軸掃描器13、縱軸掃描器14的調(diào)節(jié)，來完成光斑在待測樣品10表面的移動，從而在不移動待測樣品10的條件下，完成對待測樣品10表面不同位置拉曼信號的測量。本專利技術(shù)實施例根據(jù)選取的功能不同，采用不同的信號處理方式。1、假設(shè)本專利技術(shù)實施例選用具有n個小透鏡的第一微透鏡陣列5、第二微透鏡陣列6，即可以得到n組待測樣品10上不同位置的拉曼信號。2、實現(xiàn)低入射光功率拉曼光譜檢測時，即想要降低聚焦高強(qiáng)度光斑對待測樣品10的損壞，可以降低入射激光強(qiáng)度直到安全范圍，即此時的激光強(qiáng)度不會損壞待測樣品10，將采集得到的n組拉曼信號進(jìn)行疊加，最終得到一組信號，即為待測樣品10的拉曼信號。3、實現(xiàn)高速顯微拉曼測量時，則使用正常強(qiáng)度的入射激光，一次測量就可以得到待測樣品10表面上不同位置的n組拉曼信號，再設(shè)定采集拉曼本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種基于微透鏡陣列的多焦點式拉曼光譜采集儀，其特征在于，所述多焦點式拉曼光譜采集儀主要具有兩種功能：低入射光功率拉曼光譜檢測、以及高速顯微拉曼測量；所述多焦點式拉曼光譜采集儀將一個匯聚光斑分散成多個聚焦光斑，并根據(jù)采集信號目的的不同，后期采用不同的信號處理方式；根據(jù)待測樣品和采樣要求的不同選擇不同強(qiáng)度的輸入激光，選取參數(shù)匹配的微透鏡陣列與光纖進(jìn)行拉曼信號的采集，即以矩形的形式在待測樣品表面采集信號，再以線形的形式將待測樣品的拉曼信號輸入CCD型光譜儀。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于微透鏡陣列的多焦點式拉曼光譜采集儀，其特征在于，所述多焦點式拉曼光譜采集儀主要具有兩種功能：低入射光功率拉曼光譜檢測、以及高速顯微拉曼測量；所述多焦點式拉曼光譜采集儀將一個匯聚光斑分散成多個聚焦光斑，并根據(jù)采集信號目的的不同，后期采用不同的信號處理方式；根據(jù)待測樣品和采樣要求的不同選擇不同強(qiáng)度的輸入激光，選取參數(shù)匹配的微透鏡陣列與光纖進(jìn)行拉曼信號的采集，即以矩形的形式在待測樣品表面采集信號，再以線形的形式將待測樣品的拉曼信號輸入CCD型光譜儀。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微透鏡陣列的多焦點式拉曼光譜采集儀，其特征在于，所述根據(jù)采集信號目的的不同，后期采用不同的信號處理方式具體為：實現(xiàn)低光功率拉曼光譜檢測時，即想要降低聚焦高強(qiáng)度光斑對待測樣品的損壞，將采集得到的n組拉曼信號進(jìn)行疊加，最終得到一組信號，即為待測樣品的拉曼信號；實現(xiàn)高速顯微拉曼測量時，則一次測量就可以得到待測樣品表面上不同位置的n組拉...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：馬翔云，王慧捷，王洋，陳達(dá)，李奇峰，
申請(專利權(quán))人：天津大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：天津,12