[发明专利]多功能显微共焦光谱仪

说明书

技术领域

本发明涉及显微光谱仪技术领域，具体涉及具有低成本优势且便于扩展的一种多功能显微共焦光谱仪。

背景技术

现有的显微共焦光谱仪集成了激光器、显微镜、共焦针孔、光栅和探测器，如图1所示。在这些商业化的拉曼光谱仪中，光栅和探测器已与显微共焦光路集成在一起而无法分离，使得功能不便扩展。并且，整套系统的集成使得光谱仪的使用成本非常高，例如市场上普通型的商业化显微共焦光谱仪的价格非常昂贵。

此外，对于显微共焦光谱仪而言，如何使得激光斑点与共焦孔在样品上的像点一致，是能够测到光谱和提高光谱仪信噪比的关键。同时，显微物镜的光学通孔非常小，如果使得激光能准直地入射到样品也是非常重要的问题。随着光谱仪系统集成度越来越高，光谱仪的自动化程度也逐渐提高，以至于不同激光器的切换，光学滤光片的选取，探测器出口的配置等都完全自动化。自动化的提高使得使用者操作非常方便，但关键光学元件的全自动化对仪器在长时间工作状态下的稳定性提出了很高要求。但在测试过程中，不可避免要更换激光器，因此就要更换相应的光学滤光片，如果把可见光激光器更换成紫外激光器，除了光学滤光片外，还要更换相应的紫外物镜。另外，在测试过程中，还可能需要更换不同倍数和工作距离的显微物镜。更换如上光谱仪的任何元件，采用全自动光谱仪都很难对激光进行共焦准直调节。因此，作为一个多功能谱仪来说，在更换很多光学元件情况下如何实现快速光路准直，是全自动谱仪很难实现的，还需要根据实际情况，合理设计光路，通过手动设置来达到目的。

现有的显微共焦光谱仪普遍缺乏两个以上(含两个)的探测器出口，使得在测试不同测试范围的光谱信号时，不得不需要两台以上的光谱仪。

综上，有必要提供一种成本低、操作简便以及光路布置合理的多功能显微共焦光谱仪。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种成本低、操作简便以及光路布置合理的多功能显微共焦光谱仪。

为达到上述目的，本发明提供了一种多功能显微共焦光谱仪，该多功能显微共焦光谱仪包括：一光学平台；以及设置于该光学平台上的第二激光器模块、光路耦合与输出主模块、第一激光器模块、照明观测模块、显微模块、第一信号检测模块、第二信号检测模块和第三信号检测模块；其中，该光路耦合与输出主模块以及照明观测模块具有一共同基座，第一激光器模块固定在该基座后侧面，显微模块固定在该基座前侧面，第一信号检测模块固定在该基座右侧面，第二和第三信号检测模块固定在该基座后侧面。

上述方案中，该第二激光器模块包括至少两个激光器LS3和LS4，相应的反射镜ML3和ML4，以及第三提升器SM3；

该光路耦合与输出主模块包括光学滤光片OFT、至少8个反射镜M1、M2、M3、M4、M5、M45、M6及M7，至少三个聚焦透镜LNS1、LNS2及LNS3，以及至少三个输出窗W1、W2及W3；该显微模块包括显微物镜OBJ和相应的调焦装置；该第一信号检测模块包括光栅光谱仪GSPY及其控制系统；该第二信号检测模块包括单道探测器SD及其控制系统；该第三信号检测模块包括连接光纤FBR，光纤光谱仪GXPY及其控制系统；光纤光谱仪GXPY置于光学平台上；该第一激光器模块包括至少两个激光器LS1和LS2，以及相应的第一提升器SM1和第二提升器SM2；其中，该第一激光器模块固定在该光路耦合与输出主模块基座的后侧面，并通过其中的第一提升器SM1和第二提升器SM2将第一激光器模块输出的激光提升到光路耦合与输出主模块中的内部光路；该第二激光器模块固定在该光路耦合与输出主模块基座的左侧面，并通过其中的反射镜ML3和ML4以及第三提升器SM3将第二激光器模块输出的激光提升到光路耦合与输出主模块中的内部光路；通过设置该光路耦合与输出主模块中的内部光路来选择激光器LS1、LS2、LS3和LS4中的一个作为激发光源，并将激发光向显微模块输出以对样品进行照射，进而允许样品反射光和照射后的散射信号光回射于其中，进而利用可更换的光学滤光片OFT来获得纯净的散射信号光；进而进一步将获得的散射信号光通过光路输送给第一窗W1、第二窗W2和/或第三窗W3；从第一窗W1、第二窗W2和/或第三窗W3输出的散射信号光输入到相应的三个信号检测模块中进行共焦信号检测。

上述方案中，该第一激光器模块中的两个激光器LS1和LS2的波长与该第二激光器模块中的两个激光器LS3和LS4的波长均不相同。