拉曼散射激发装置和拉曼检测仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种拉曼散射激发装置和拉曼检测仪，其特征在于，包括：被入射激光照射后产生等离子波的微金属柱阵列；位于微金属柱阵列上方用于固定微金属柱阵列的球面玻璃基板；以及位于微金属柱阵列上方用于的第一透镜。其中，微金属柱阵列包括密集排布在球面玻璃基板下方的若干个微金属柱，每个微金属柱的上表面固定于玻璃球面基板的下表面。每个微金属柱均为圆柱形，圆柱形的延伸方向与球面玻璃基板的半径方向一致，每个微金属柱的直径为纳米或微米级，球面玻璃基板的球心与第一透镜的焦点重合。本实用新型的拉曼激发装置能够增强拉曼效应。
【专利说明】拉曼散射激发装置和拉曼检测仪
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种拉曼散射激发装置，属于光学【技术领域】。
【背景技术】
[0002]拉曼效应，也称拉曼散射，光子的非弹性散射现象，1928年由印度物理学家钱德拉塞卡拉?拉曼发现，指光波在被散射后频率发生变化的现象。当光线从一个原子或分子散射出来时，绝大多数的光子，都是弹性散射的，这称为瑞利散射。在瑞利散射下，散射出来的光子，跟射入时的光子，它的能量、频率与波长是相同的。然而，有一小部份散射的光子，大约是一千万个光子中会出现一个，散射后的频率会产生变化，通常是低于射入时的光子频率，原因是入射光子和介质分子之间发生能量交换。这即是拉曼散射。
[0003]拉曼散射与生俱来就有信号微弱的特点，特别是对气体或者低浓度液体进行拉曼光谱分析时，由于待测物质分子浓度特别低，要得到高质量的拉曼光谱相对较难，通常需要用到大功率激光器和较长路径的样品池。在激光器功率有限、样品微量的情况下，如何增强拉曼效应是提高拉曼光谱质量的关键。
实用新型内容
[0004]本实用新型是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种能够增强拉曼效应的拉曼散射激发装置。
[0005]本实用新型提供一种拉曼散射激发装置，其特征在于，包括:被入射激光照射后产生等离子波的微金属柱阵列；位于微金属柱阵列上方用于固定微金属柱阵列的球面玻璃基板；以及位于微金属柱阵列上方用于将平行入射激光会聚到微金属柱阵列上的第一透镜。
[0006]其中，微金属柱阵列包括密集排布在球面玻璃基板下方的若干个微金属柱，每个微金属柱的上表面固定于球面玻璃基板的下表面。每个微金属柱均为圆柱形，圆柱形的延伸方向与球面玻璃基板的半径方向一致，每个微金属柱的直径为纳米或微米级，球面玻璃基板的球心与第一透镜的焦点重合。
[0007]另外，在本实用新型的拉曼散射激发装置中，还可以具有这样的特征，还包括:位于微金属柱阵列下方用于接收拉曼散射光的探测器。
[0008]另外，在本实用新型的拉曼散射激发装置中，还可以具有这样的特征，还包括:位于微金属柱阵列和探测器之间用于会聚拉曼散射光到探测器上的第二透镜。
[0009]另外，在本实用新型的拉曼散射激发装置中，还可以具有这样的特征，还包括:用于容纳待检测样品的透明容纳腔，透明容纳腔的范围围绕于球心附近区域的四周。
[0010]另外，在本实用新型的拉曼散射激发装置中，还可以具有这样的特征:其中，待检测样品为气体或低浓度的液体。
[0011]本实用新型还提供一种拉曼检测仪，其特征在于，包括:提供入射激光的光源；用于激发样品中拉曼散射光的拉曼散射激发装置，拉曼散射激发装置为上述的拉曼散射激发装置；以及与拉曼散射激发装置连接的光谱分析仪，用于测量拉曼散射光中不同波长光的相对强度以获得拉曼光谱。
[0012]实用新型作用与效果
[0013]根据本实用新型的拉曼散射激发装置，因为具有微金属柱阵列，包括密集排布在球面玻璃基板下方的若干个微金属柱，入射激光垂直照射到每个微金属柱的上表面，使得下表面边缘处激发等离子体波，等离子体波的强度远远高于入射激光，使得入射到样品中的光子能量急剧增强，增强了拉曼效应。
[0014]另外，由于微金属柱的延伸方向与球面玻璃基板的半径方向一致，每个下表面集中在球心附近区域，使得等离子体波在球心附近区域会聚，产生巨大的电磁场增强作用，导致样品中分子的拉曼散射强度增加，进一步增强了拉曼效应。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型的拉曼检测仪在实施例中的结构示意图；以及
[0016]图2是本实用新型的拉曼散射激发装置在实施例中的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]以下参照附图对本实用新型所涉及的拉曼散射激发装置做详细阐述。
[0018]图1是本实用新型的拉曼检测仪在实施例中的结构示意图。
[0019]如图1所示，拉曼检测仪20包括光源11、拉曼散射激发装置10和光谱分析仪12。光源11能够提供入射激光，能够发射垂直方向的平行激光束。拉曼散射激发装置10用于激发样品中拉曼散射光。光谱分析仪12用于测量拉曼散射光中不同波长光的相对强度以获得拉曼光谱。
[0020]图2是本实用新型的拉曼散射激发装置在实施例中的结构示意图。
[0021]如图2所示，拉曼散射激发装置10包括第一透镜1、球面玻璃基板2、微金属柱阵列3、第二透镜4、探测器5、以及透明容纳腔20。
[0022]第一透镜I位于球面玻璃基板2的上方。第一透镜I的焦点与球面玻璃基板2的球心重合。
[0023]微金属柱阵列3位于球面玻璃基板2的下方,包括密集排布的若干个微金属柱31。每个微金属柱31均为圆柱形，直径均为2微米。圆柱形的延伸方向与球面玻璃基板2的半径方向一致。每个微金属柱31的上表面均固定于球面玻璃基板2的下表面。
[0024]样品包括气体或者低浓度的液体。透明容纳腔20放置在球心处，范围围绕在球心附近区域的四周，用来容纳样品。透明容纳腔20两端设置进口和出口。样品能够从进口填充透明容纳腔20，并从出口排出。
[0025]第二透镜4位于微金属柱阵列下方。探测器5位于第二透镜4下方，且处于第二透镜4的焦平面上。探测器5还与光谱分析仪12连接。
[0026]拉曼散射激发过程:
[0027]光源11射过来的垂直方向的平行激光束照射到第一透镜I上，经第一透镜I的会聚后，会照射到球面玻璃基板2上，并射向球心。然后，透过球面玻璃基板2，垂直照射到每个微金属柱31的上表面，使得微金属柱31的下表面边缘处激发等离子体波。等离子体波的强度很高，达到入射激光强度的几十或几百倍。在微金属柱直径、材料、间距以及排列方式确定的情况下，等离子体波还受入射激光的偏振状态和波长等影响而发生强度变化。
[0028]由于微金属柱31密集排布在球面玻璃基板2的下方,而且都指向球心,使得微金属柱31的下表面边缘集中在球心附近区域，导致等离子体波在球心附近区域会聚，形成激发场。激发场对放入其中的样品产生巨大的电磁场增强作用，会大大增强样品的拉曼散射强度。因此，即使样品中分子浓度非常低，如气体或者低浓度的液体，接触到激发场时，也会被激发出高强度的拉曼散射光。
[0029]样品在激发场被激发拉曼散射光，拉曼散射光经第二透镜4收集并会聚到探测器5上，被探测器5接收。探测器5会将拉曼信号传递至拉曼光谱分析仪12，能够得到高质量的拉曼光谱，从而很容易分析出样品的成分等。
[0030]实施例作用与效果
[0031]根据本实施例的拉曼散射激发装置，因为具有微金属柱阵列，包括密集排布在球面玻璃基板下方的若干个微金属柱，入射激光垂直照射到每个微金属柱的上表面，使得下表面边缘处激发等离子体波，等离子体波的强度远远高于入射激光，使得入射到样品中的光子能量急剧增强，增强了拉曼效应。
[0032]另外，由于微金属柱的延伸方向与球面玻璃基板的半径方向一致，每个下表面集中在球心附近区域，使得等离子体波在球心附近区域会聚，产生巨大的电磁场增强作用，导致样品中分子的拉曼散射强度增加，进一步增强了拉曼效应。
[0033]当然，本实用新型涉及的拉曼散射激发装置并不仅仅限定于上述【具体实施方式】。微金属柱的直径还可以为200纳米至10微米范围内的其他数值大小，而且微金属柱的直径越小，下表面排布越密集，激发场中的电磁场增强作用就越大。
【权利要求】
1.一种拉曼散射激发装置，其特征在于，包括: 被入射激光照射后产生等离子波的微金属柱阵列； 位于所述微金属柱阵列上方用于固定所述微金属柱阵列的球面玻璃基板；以及位于所述微金属柱阵列上方用于将平行入射激光会聚到所述微金属柱阵列上的第一透镜， 其中，微金属柱阵列包括密集排布在所述球面玻璃基板下方的若干个微金属柱，每个所述微金属柱的上表面固定于所述球面玻璃基板的下表面， 每个所述微金属柱均为圆柱形，所述圆柱形的延伸方向与所述球面玻璃基板的半径方向一致，每个所述微金属柱的直径为纳米或微米级， 所述球面玻璃基板的球心与所述第一透镜的焦点重合。
2.根据权利要求1所述的拉曼散射激发装置，其特征在于，还包括: 位于所述微金属柱阵列下方用于接收拉曼散射光的探测器。
3.根据权利要求2所述的拉曼散射激发装置，其特征在于，还包括: 位于所述微金属柱阵列和所述探测器之间用于会聚所述拉曼散射光到所述探测器上的第二透镜。
4.根据所述权利要求1中的拉曼散射激发装置，其特征在于，还包括: 用于容纳待检测样品的透明容纳腔，所述透明容纳腔的范围围绕于所述球心附近区域的四周。
5.根据所述权利要求1中的拉曼散射激发装置，其特征在于: 其中，所述待检测样品为气体或低浓度的液体。
6.一种拉曼检测仪，其特征在于，包括: 提供入射激光的光源； 用于激发样品中拉曼散射光的拉曼散射激发装置，所述拉曼散射激发装置为权利要求1至权利要求5中任意一项所述的拉曼散射激发装置；以及 与所述拉曼散射激发装置连接的光谱分析仪，用于测量拉曼散射光中不同波长光的相对强度以获得拉曼光谱。
【文档编号】G01N21/65GK204064915SQ201420519248
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年9月11日 优先权日:2014年9月11日
【发明者】郭汉明, 瑚琦, 高鹏飞 申请人:上海鉴谱光电科技有限公司