[发明专利]一种紫外拉曼光纤探头

说明书

技术领域

本发明涉及一种紫外拉曼探头,基于光纤技术、可适用于复杂环境，包括、海洋、航天、车载、工厂等苛刻条件下紫外拉曼光谱的原位探测。

背景技术

拉曼光谱是一项重要的现代光谱技术，被广泛应用于化学、物理、生物等学科领域，是研究物质分子结构的有力工具。紫外拉曼光谱由于其灵敏度高、可以避开荧光信号干扰，特别适合于复杂环境，包括海洋、航天、车载、工厂等苛刻条件下原位、在线探测。然而，传统的拉曼光谱采集光路通常依赖于自由空间的光学耦合，这种基于透镜、反射镜和狭缝的光路体系要求各个光学组件之间严格对准，不具备结构柔性，探头无法自由移动，不利于复杂条件下的光谱采集。基于光纤的拉曼探头可以克服这一缺点，但是常见的光纤拉曼探头受制于普通光纤及耦合器在紫外区的低透光率、半透半反镜的低采集效率、光纤本身以及滤光片的拉曼散射信号等因素的影响，难以实现高效率的紫外拉曼信号采集。

发明内容

为了克服传统光纤拉曼探头在紫外区的透光率低和容易产生光纤本身以及滤光片的拉曼散射信号问题，本发明提供一种新型紫外拉曼光纤探头。此探头可以有效消除光纤的拉曼噪声，同时增强样品收集的拉曼信号。由于引入了光纤，可以实现探头与各种光谱仪的柔性结构连接，使其特别适合于海洋、航天、车载、工厂等苛刻条件下的原位测量。

该探头包括：

1)探头腔体：用于固定激发和收集光纤、反射式抛物面镜、前后聚焦透镜、同轴反射镜及其镜架、边沿滤光片(Edge Filter)或陷波滤光片；

2)反射式抛物面镜入射光纤准直镜：该反射镜连接于探头腔体，反射式抛物面镜入射方向与探头腔体光学主轴平行，用于将激发紫外光纤输出的紫外激光准直；

3)激光线滤光片(Laser Line Filter)，用于滤除激发紫外光纤中的紫外拉曼信号，其放置于反射式抛物面镜和同轴的反射镜之间，不影响探头腔体通光直径；

4)同轴反射镜，将激光反射至前聚焦透镜进行聚焦，与探头腔体光学主轴呈45度夹角，镜面中心与光学主轴重合，并通过固定薄片连接同轴镜架固定于探头腔体，同轴反射镜面积应小于同轴镜架通光面积的5％，

5)前聚焦透镜，材质为紫外熔融石英，用于聚焦紫外激光、激发样品和收集紫外拉曼信号，位于探头腔体前部；

6)边沿滤光片(Edge Filter)或陷波滤光片(Notch Filter)，用于滤除瑞利散射信号，应安装于同轴的反射镜和后聚焦物镜之间，表面垂直探头光学主轴并固定于探头腔体；

7)后聚焦透镜，材质为紫外熔融石英，将紫外拉曼信号聚焦到收集光纤，

最后通过光纤将信号导入到光谱仪。

本发明的优点是：

本发明涉及一种基于光纤技术的紫外拉曼探头，使用紫外抛物面反射镜完成激发光的准直，通过用激光线滤光片(Laser Line Filter)消除光纤的拉曼本底信号，光路部分利用透镜进行激发光聚焦及信号采集，耦合、后置滤光片设计，并利用位于探头内，滤光片之前与光学主轴同心的紫外小反射镜将激发光引入聚焦物镜，有效避免了将激光直接打在边缘滤光片(Edge Filter)或陷波滤光片(Notch Filter)引起的拉曼信号干扰，激发光不再直接照射在边沿滤光片(Edge Filter)或陷波滤光片(Notch Filter)上，而且边沿滤光片(Edge Filter)或陷波滤光片(Notch Filter)垂直于光轴安装,克服了传统光纤拉曼探头在紫外区的透光率低和容易产生光纤本身以及滤光片的拉曼散射信号问题。整套系统中没有采用半透半反镜、中性密度滤光片或分束器，极大提高了拉曼信号采集效率。另外，由于引入了光纤，可以实现探头与各种光谱仪的柔性结构连接，使其特别适合于海洋、航天、车载、工厂等苛刻条件下的原位测量。

附图说明

图1提供一种紫外拉曼光纤探头结构图,其中,1-激发光纤入口、2-激光线滤光片、3-反射式抛物面镜、4-探头腔体、5-聚焦物镜，6-测试样品、7-同轴反射镜、8-同轴反射镜支架、9-边沿滤光片或陷波滤光片、10-后聚焦透镜、11-收集光纤出口；

图2提供一种紫外拉曼光纤探头中同轴反射镜与同轴反射镜支架的正面视图,其中,12-固定薄片；

图3为去除激光线滤光片前后的拉曼信号对比图；

图4为325纳米边沿滤光片(Edge Filter)本身的拉曼信号。

具体实施方式

下面结合实施例对并发明做进一步描述：