[发明专利]线偏振光束激发拉曼散射增强传感装置

说明书

本发明涉及线偏振光束激发拉曼散射增强传感装置，包括激光器、空间滤波器、起偏器、空间光调制器、聚焦透镜、二向色镜、滤光片、光谱仪。线偏振光激发单元通过空间光调制器、偏振片、空间滤波器产生线性偏振光束，所产生的光束经过二相色镜后照射到聚焦透镜上，抛物面反射镜为半圆形结构，内部镀有高反膜，其半径大于透镜的焦距。待测量样品放置于抛物面反射镜内部，通过其特殊的光学结构来增强拉曼散射光的强度，使散射光沿光轴方向入射到滤光片上，滤光片为高通滤光片，再经过透镜聚焦到光谱仪狭缝上。本发明具有结构简单、便于构建、可靠性高、灵活性强、应用范围广、信噪比高、光束质量高、检测精准等优点。

技术领域

本发明涉及一种光谱检测技术，特别涉及一种偏振光束激发拉曼散射增强传感装置。

背景技术

拉曼光谱，是一种散射光谱。拉曼光谱分析法是印度物理学家C.V拉曼所发现的拉曼散射效应，对于入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面的信息，并应用于分子结构研究的一种方法。拉曼散射法在检测物质成分方面具有可检测水溶液、快速简单、无损测量、可定性定量分析、谱峰尖锐等优点，主要应用于生物医疗、违禁品检测、农药检测、宝石鉴定等领域。但由于其散射信号十分微弱，在检测过程中也具有很多难点，提高拉曼光谱检测仪器的信噪比是十分重要的，本发明将提高光束质量、创新的微纳结构相结合，提高拉曼光谱检测的信噪比。

在先技术中，存在一种手持式拉曼检测装置，参见已经授权的美国专利，专利名称：Handheld Raman Spectrometer，专利号：US8699020B1，授权时间：2014年4月15日，发明人Xin Jack Zhou等。该拉曼检测装置具有相当的优点，但是，仍然存在着本质的不足：1)对光源要求较高。装置所采用的激光器为相干光源激光器，价格较为昂贵且其功率稳定性与温度有直接关系。2)装置的设计中没有考虑到激发光源的偏振态，使用没有调制过的光源激发样品，会增加很多未知影响。3)激发光源经过二相色镜后直接照射到样品上，该做法虽易于加工生产，但信噪比较低。与该专利相比，本发明中首先对激发光源的偏振态进行调制得到线偏振光，利用线偏振光振动面固定的特点，提高光束质量。其次创新的设计了一种抛物面反射镜，使微弱的散射光在空间中进行汇聚，提高检测信噪比，从本质上弥补了先技术中的不足。

发明内容

本发明是针对现有手持式拉曼检测装置存在的问题，提出了一种线偏振光束激发拉曼散射增强传感装置，具有结构简单、便于构建、可靠性高、灵活性强、应用范围广、信噪比高、光束质量高、检测精准等优点。

本发明的技术方案为：线偏振光束激发拉曼散射增强传感装置，其特征在于包含线偏振光激发单元、散射光增强单元、光处理单元、数据分析单元这四个单元。首先线偏振光激发单元通过空间光调制器、偏振片、空间滤波器、分光棱镜、产生线性偏振光束，之后经过散射光增强单元将所产生的光束经过二相色镜后照射到聚焦透镜上，抛物面反射镜为半圆形结构，内部镀有高反膜，其半径大于透镜的焦距。将待测量样品放置于抛物面反射镜内部，通过其特殊的光学结构来增强拉曼散射光的强度，其次再经过光处理单元使散射光沿光轴方向入射到偏振光滤波器上滤去激光器的波长，再射到滤光片上，滤光片为高通滤光片，再经过透镜聚焦到光谱仪狭缝上，最后到数据处理单元进行数据分析。

所述的激光器101为半导体激光器、气体激光器、固态激光器、激光二极管中的一种。

所述的空间滤波器中的扩束透镜102和准直透镜103的材料为光学玻璃，紫外熔石英，氟化钙，锗，硅，硒化锌中的一种。

所述的偏振片104为H型偏振片、K型偏振片中的一种。

所述的分光棱镜106为偏振分光棱镜、单波长偏振分光棱镜、宽带偏振分光棱镜中的一种。

所述的空间光调制器105为光电晶体的空间光调制器、液晶空间光调制器、声光调制器、磁光调制器、数字微反射镜空间光调制器中的一种。

所述的二向色镜201，所述为反蓝透红绿二向色镜系列中的一种。