共聚焦拉曼光谱仪及其光路装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及光学仪器领域，特别涉及一种共聚焦拉曼光谱仪及其光路装置。
【背景技术】
[0002]拉曼光谱是一种散射光谱，它是1928年印度物理学家Chandrasekhara VenkataRaman发现的，并因此获得了 1930年的诺贝尔物理学奖。拉曼光谱作为一种物质分子结构的分析测试手段而被广泛应用，尤其是I960年第一台激光器问世以后，激光光源的引入、微弱信号检测技术的提高和计算机的应用，使拉曼光谱分析在许多应用领域取得很大的进展。目前，拉曼光谱已广泛应用于石油、食品、农牧、高分子、制药、生物、医学等领域。
[0003]拉曼光谱仪工作原理如下:当一束频率为V ^的单色光入射到固体、液体或气态介质时，会引起向四面八方辐射的微弱散射光。散射光中较强的是瑞利(Rayleigh)散射，其频率与入射光频率V ^相同，其强度和数量级约为入射光强的10 _4?10 _3。除瑞利散射外还有拉曼散射，拉曼散射的散射光频率V与入射光频率有明显的变化:V = V(l± I Λ V |，其强度约为瑞利散射的10_8?10 _6，为入射光强度的10_12?10 Λ拉曼散射线的频率是由入射光频率与分子固有的内部运动频率合成，所以也称为联合散射光。拉曼谱线的频率随入射光频率的变化而变化，但相对于入射光频率的频率差值(频移)△ V保持不变，且与入射光的频率无关，只与散射介质本身的分子结构有关。分子的振动、转动和自旋决定了不同的介质对应有不同的拉曼频移谱图。
[0004]现有的拉曼光谱仪的光路装置存在调试复杂、激发聚焦光斑偏大、对于拉曼信号较弱的液体例如水等难以进行测量等缺点。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种具有光路结构简单、检测信号范围广的共聚焦拉曼光谱仪及其光路装置。
[0006]根据本实用新型实施例的共聚焦拉曼光谱仪的光路装置，包括在光路上依次设置的下述结构:激发光源系统，所述激发光源系统包括激发光源和扩束镜；拉曼滤光片组，所述拉曼滤光片组具有一侧接收水平入射光并在另一侧形成与入射光垂直的出射光的滤光片结构；显微镜系统，所述显微镜系统包括分别设置于所述拉曼滤光片组样品出射光一侧的显微物镜和设置于所述拉曼滤光片组的样品出射光对侧的管镜；单色仪，来自所述管镜汇聚的拉曼信号射向所述单色仪；以及单光子计数器，所述单光子计数器探测来自所述单色仪的拉曼信号，其中，从所述激发光源发出的激光由所述扩束镜扩束，穿过所述拉曼滤光片组至所述显微物镜，并通过所述显微物镜将所述激光聚焦在样品上并激发出拉曼信号，所述拉曼信号经过所述显微物镜后变成平行光再通过所述拉曼滤光片组滤掉瑞利散射，此后经过所述管镜聚焦于所述单色仪的入射狭缝处，并被出射狭缝处的所述单光子计数器探测。
[0007]根据本实用新型实施例的共聚焦拉曼光谱仪的光路装置，在光路的所有转折部位均采用垂直结构，因此光路的装调及其简单，光程较短，从而可以有效地减少拉曼信号的损失，有利于扩大检测范围；此外，由于采用扩束镜对激光进行扩束，能够充分地利用到显微物镜的有效孔径；并且，由于使用单光子计数器作为收集拉曼信号的探测器，可以通过适当增加积分时间来提高被测拉曼信号的强度。
[0008]另外，根据本实用新型上述实施例的共聚焦拉曼光谱仪的光路装置，还可以具有如下附加的技术特征:
[0009]根据本实用新型的实施例，所述拉曼滤光片组包括垂直放置的窄带滤光片、二向分光部件和水平放置的瑞利滤光片，所述显微物镜设置于所述二向分光部件出射光一侧，所述管镜设置于所述瑞利滤光片的出射光一侧。
[0010]根据本实用新型的实施例，所述二向分光部件为45°平面反射镜。
[0011]根据本实用新型的实施例，所述光路装置还包括一次或多次反射装置，所述反射装置接受来自所述管镜汇聚的拉曼信号并将其反射至所述单色仪。
[0012]根据本实用新型的实施例，所述反射装置为平面反射镜。
[0013]根据本实用新型的实施例，所述显微物镜采用复消色差平场无穷远金相显微物镜。
[0014]根据本实用新型的实施例，所述显微物镜的数值孔径NA可以为0.4以上。由于采用了大数值孔径的显微物镜，有利于增加拉曼散射的收集效率，甚至使得激发效率只有10_6甚至更低的拉曼信号探测得以实现并商用。
[0015]根据本实用新型的实施例，所述光路装置还包括固体样品成像系统，所述固体样品成像系统包括推拉反射装置、CCD成像装置，所述推拉反射装置用于将样品信号成像于所述CC成像装置的CCD靶面，以实现固体样品的对焦，由此，可以实现固体样品的聚焦和检测，所述推拉反射装置带有滑动装置，当固体样品需实现对焦，所述推拉反射装置移动至光路中，完成对焦后，所述推拉反射装置移出光路。
[0016]根据本实用新型的实施例，所述CCD靶面到所述管镜的距离和所述单色仪的入射狭缝到所述管镜的距离相等。这样可以轻松实现固体样品的对焦与检测，通过推拉反射镜巧妙的实现对焦与检测的转换。
[0017]根据本实用新型的实施例，聚焦在所述样品上的光斑的直径为1.6Mffl以下。由此，可以使激光能量能够更加集中，从而能够大大提高拉曼散射的激发光能量。在一个示例中，通过扩束镜进行7倍以上的扩束来实现上述光斑的聚焦。
[0018]根据本实用新型的另一方面，还提出了具有上述任一光路装置的共聚焦拉曼光谱仪。
【附图说明】
[0019]图1是根据本实用新型实施例的共聚焦拉曼光谱仪的光路装置的结构示意图。
[0020]图2是根据本实用新型实施例的共聚焦拉曼光谱仪的光路装置中的固体样品成像系统的结构示意图。
[0021]图中，101为激发光源，102为扩束镜，201为拉曼滤光片组，301为显微物镜，302为管镜，801为单色仪，901为单光子计数器，401为样品，501为平面反射镜，601为推拉平面反射镜，701为CXD，2011为窄带滤光片，2012为二向分光部件，2013为瑞利滤光片。
【具体实施方式】
[0022]下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
[0023]下面，首先参考附图对本实用新型实施例的共聚焦拉曼光谱仪的光路装置进行说明。
[0024]如图1所示，根据本实用新型实施例的共聚焦拉曼光谱仪的光路装置，包括在光路上依次设置的激发光源系统(包括101和102)，所述激发光源系统包括激发光源101和扩束镜102 ;拉曼滤光片组201，所述拉曼滤光片组201具有一侧接收水平入射光并在另一侧形成与入射光垂直的出射光的滤光片结构；显微镜系统，所述显微镜系统包括分别设置于所述拉曼滤光片组201样品出射光一侧的显微物镜301和设置于所述拉曼滤光片组201的样品出射光对侧的管镜302 ;单色仪801，来自所述管镜302汇聚的拉曼信号射向所述单色仪801 ;以及单光子计数器901，所述单光子计数器901探测来自所述单色仪801的拉曼信号，其中，从所述激发光源101发出的激光由所述扩束镜102扩束，穿过所述拉曼滤光片组201至所述显微物镜301，并通过所述显微物镜301将所述激光聚焦在样品上并激发出拉曼信号，所述拉曼信号经过所述显微物镜301后变成平行光再通过所述拉曼滤光片组201滤掉瑞利散射，此后经过所述管镜302聚焦于所述单色仪801的入射狭缝处，并被出射狭缝处的所述单光子计数器901探测。
[0025]如图2所示，所述拉曼滤光片组201包括垂直放置的窄带滤光片2011、二向分光部件2012和水平放置的瑞利滤光片2013，所述显微物镜301设置于所述二向分光部件2012出射光一侧，所述管镜302设置于所述瑞利滤光片2013的出射光一侧。
[0026]二向分光部件2012为45° 二向分光部件，更优地，是45° 二向分光镜。
[0027]显微镜系统包括分别设置于二向分光部件2012出射光一侧的显微物镜301和设置于瑞利滤光片2013的出射光一侧的管镜302。
[0028]来自管镜302汇聚的拉曼信号射至单色仪801。
[0029]单光子计数器901探测来自单色仪801的拉曼信号。
[0030]在本实用新型的一个实施例中，所述光路装置还包括一次或多次反射装置，所述反射装置接受来自所述管镜汇聚的拉曼信号并将其反射至所述单色仪。
[0031]更优地，所述反射装置为平面反射镜501，可选地，为45°平面反射镜。
[0032]在本实用新型的一个实施例中，选用50mW波长532nm超稳定、极小频移的DPSS激光器作为激发光源101。
[0033]其中，显微镜系统分别采用复消色差平场无穷远金相显微物镜。
[0034]其中，显微物镜301的数值孔径NA可以为0.4以上。由于采用了大数值孔径的显微物镜，有利于增加拉曼散射的收集效率，甚至使得激发效率只有10_6甚至更低的拉曼信号探测得以实现并商用。
[0035]根据本实用新型的实施例，聚焦在所述样品上的光斑的直径为