[发明专利]一种基于微透镜阵列的多焦点式拉曼光谱采集仪

说明书

技术领域

本发明涉及拉曼光谱采集技术领域，尤其涉及一种基于微透镜阵列的多焦点式拉曼光谱采集仪。

背景技术

拉曼散射效应首先由印度科学家C.V.拉曼于1928年发现。随着激光器的出现和改进，以及弱光检测技术的提升，基于拉曼散射效应的拉曼光谱检测技术得以发展。从此，拉曼光谱技术在物理、化学、生物、以及医学等研究领域上有了广泛的应用。

但是，目前常用的拉曼光谱采集仪存在着以下两个缺点：

第一、拉曼信号需要较强的激光作为激励，而得到的拉曼信号却十分微弱，而高功率的激光会损伤吸光材料，例如：黑色塑料拉曼光谱的测量就目前拉曼光谱应用的一个难点；

第二、拉曼信号较弱，所以采集时需要较长的积分时间，这导致拉曼光谱的采集效率较慢，对一个样品进行扫描式测量时会消耗大量的时间。

发明内容

本发明提供了一种基于微透镜阵列的多焦点式拉曼光谱采集仪，本发明通过在拉曼光谱采集仪中引入微透镜阵列，使聚焦在待测样品上的光斑能量分散，从而降低聚焦高强度光斑对待测样品的损坏，扩大拉曼光谱的应用领域，详见下文描述：

一种基于微透镜阵列的多焦点式拉曼光谱采集仪，所述多焦点式拉曼光谱采集仪主要具有两种功能：低入射光功率拉曼光谱检测、以及高速显微拉曼测量；

所述多焦点式拉曼光谱采集仪将一个汇聚光斑分散成多个聚焦光斑，并根据采集信号目的的不同，后期采用不同的信号处理方式；

根据待测样品和采样要求的不同选择不同强度的输入激光，选取参数匹配的微透镜阵列与光纤进行拉曼信号的采集，即以矩形的形式在待测样品表面采集信号，再以线形的形式将待测样品的拉曼信号输入CCD型光谱仪。

所述根据采集信号目的的不同，后期采用不同的信号处理方式具体为：

实现低光功率拉曼光谱检测时，即想要降低聚焦高强度光斑对待测样品的损坏，将采集得到的n组拉曼信号进行叠加，最终得到一组信号，即为待测样品的拉曼信号；

实现高速显微拉曼测量时，则一次测量就可以得到待测样品表面上不同位置的n组拉曼信号，再进行平面扫描并多次测量光谱，从而得到待测样品感兴趣区域的显微拉曼信号。

所述多焦点式拉曼光谱采集仪包括：激光器，

激光器发出的激光经过第一汇聚透镜、针孔、第二汇聚透镜变成较宽的激光束，其光束宽度与第一微透镜阵列、第二微透镜阵列相吻合；

第一微透镜阵列、第二微透镜阵列的参数相同，入射激光通过第一微透镜阵列进行分束汇聚，再经过第三汇聚透镜和显微镜头的光路调整，最后光斑照射在待测样品上；

激发出的拉曼信号沿光路返回，待测样品表面与光纤的输入接头呈共轭关系，拉曼信号照射在光纤的输入端，不同位置的拉曼信号沿光纤中不同的纤芯进行传导，光纤的输出端为线形排布，即输出的拉曼信号以线形照射进CCD型光谱仪中；

通过对横轴扫描器、纵轴扫描器的调节，来完成光斑在待测样品表面的移动，从而在不移动待测样品的条件下，完成对待测样品表面不同位置拉曼信号的测量。

本发明提供的技术方案的有益效果是：通过在拉曼光谱采集仪中引入微透镜阵列，可使聚焦在待测样品上的光斑能量分散，降低聚焦高强度光斑对待测样品的损坏，可扩大拉曼光谱的应用领域；同时可有效扩大聚焦光斑的数目，提高拉曼光谱的采集效率，进行高速显微拉曼测量。

附图说明

图1是本发明提供的基于微透镜阵列的多焦点式拉曼光谱采集仪的结构简图；

其中，1是激光器；2是第一汇聚透镜；3是针孔；4是第二汇聚透镜；5是第一微透镜阵列；6是第二微透镜阵列；7是分束镜；8是第三汇聚透镜；9是显微镜头；10是待测样品；11是光纤；12是CCD型光谱仪；13横轴方向扫描器；14纵轴方向扫描器。

图2是照射在待测样品10上光斑的示意图；

其中，黑点代表在样品上的汇聚光斑。

图3是光纤11的示意图。

其中，A面是输入端；B面是输出端；每一个黑点代表一束光纤。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

一种基于微透镜阵列的多焦点式拉曼光谱采集仪，参见图1，该多焦点式拉曼光谱采集仪主要具有两种功能：分别是低入射光功率拉曼光谱检测与高速显微拉曼测量。