时间分辨拉曼光谱仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了时间分辨拉曼光谱仪，包括光纤皮秒激光发射器、激光出射光路和分束器；分束器分出的第一光束进入第一光电探测器，第一光电探测器发出的信号经延时器后作为第二光电探测器的触发信号；分束器分出的第二光束通过陷波滤光片、第一聚焦透镜聚焦到待测样品上，待测样品发出的拉曼散射光经第一聚焦透镜、陷波滤光片和第二聚焦透镜后进入光谱仪。本实用新型提供的时间分辨拉曼光谱仪，通过设置延时时间，可检测透明固体内层物质的成分。
【专利说明】
时间分辨拉曼光谱仪
技术领域
[0001]本实用新型涉及输送设备技术领域，特别涉及一种时间分辨拉曼光谱仪。
【背景技术】
[0002]激光拉曼光谱是一项重要的现代分子光谱技术，是研究物质分子结构的强有力工具，已应用于物理、化学、材料、生物、环境和能源等领域中，拉曼光谱分析法是基于拉曼散射的特有效应，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、转动方面信息，并应用于分子结构研究的一种分析方法。由于拉曼信号强度正比于激发激光频率的四次方，紫外激光激发拉曼信号效率更高，而且合适的紫外激光激发可以完全避免荧光本底的干扰。与可见光和近红外激光器相比，紫外激光器是是拉曼光谱分析仪的更理想激发波长。但是市场上通常使用的单频紫外激光器倍频效率低，激光器系统体积很大，而且无法做到时间分辨。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型目的是提供一种时间分辨拉曼光谱仪，其结构简单，可对透明固定内部的成分进行有效分析。
[0004]基于上述问题，本实用新型提供的技术方案是:
[0005]时间分辨拉曼光谱仪，包括光纤皮秒激光发射器、激光出射光路和分束器；
[0006]所述分束器分出的第一光束的出射光路上设有依次电连接的第一光电探测器、延时器和第二光电探测器，所述第一光束进入所述第一光电探测器，所述第一光电探测器发出的信号经所述延时器后作为所述第二光电探测器的触发信号；
[0007]所述分束器分出的第二光束的出射光路上设有陷波滤光片、第一聚焦透镜和待测样品，所述待测样品发出的拉曼散射光出射光路上设置所述第一聚焦透镜、陷波滤光片、第二聚焦透镜和光谱仪，所述第二光电探测器设置在所述光谱仪光谱信号出射端，所述第二光束通过所述陷波滤光片、第一聚焦透镜聚焦到待测样品上，待测样品发出的拉曼散射光经所述第一聚焦透镜、陷波滤光片和第二聚焦透镜后进入所述光谱仪。
[0008]进一步的，所述激光出射光路上依次设有光纤放大器和倍频光路，激光经所述倍频光路改变频率后入射至所述分束器。
[0009]进一步的，所述光纤皮秒激光器的种子源波长为970?985nm，脉冲长度为I?50pso
[0010]进一步的，所述倍频光路包括二倍频光路和/或三倍频光路和/或四倍频光路，所述二倍频光路上设置一个二倍频晶体，所述三倍频光路上设置一个三倍频晶体，所述四倍频光路上串联设置两个二倍频晶体，当所述倍频光路包括两个以上光路时，各光路之间通过光开关选择。
[0011]进一步的，所述分束器与所述陷波滤光片之间设有第一反射镜和第二反射镜，所述第二光束经所述第一反射镜和所述第二反射镜后射入所述陷波滤光片。
[0012]进一步的，所述光谱仪与所述第二光电探测器之间设有信号增强器。
[0013]与现有技术相比，本实用新型的优点是:
[0014]1、采用本实用新型的技术方案，激光出射光路经分束器分出两条光束，其中一光束进入第一光电探测器，第一光电探测器发出的信号经延时器延时后作为光谱仪后第二光电探测器的触发信号，另一光束则经陷波滤光片和第一聚焦透镜入射至待测样品上，待测样品发出的拉曼散射光经第一聚焦透镜、陷波滤光片和第二聚焦透镜后进入光谱仪，光谱仪分出的光谱信号被第二光电探测器探测，当需要测定透明固体内部成分时，首先测定延时为零的拉曼光谱，此光谱对应的是透明固体表层物质的拉曼光谱，然后根据透明层的厚度和折射率以及内层物质的深度等情况，测量延时一段时间后的拉曼光谱，此时的光谱对应内层物质和表层物质的拉曼光谱的组合，扣除透明固体表层物质的拉曼光谱后既得内层物质的拉曼光谱，从而实现对透明固体内部成分的测定；
[0015]2、采用本实用新型进一步的技术方案，采用皮秒光纤激光器作为种子光源，种子光源再采用光纤放大技术，可以使光谱仪做得紧凑可靠的便携式，价格也相对可以降低很多，便于推广使用；
[0016]3、采用本实用新型进一步的技术方案，通过倍频光路可使该光谱仪采用不同的激光波段作为激发光源，使用方便，应用范围广，特别是采用四倍频的深紫外波段皮秒超快激光时，获得的深紫外时间分辨拉曼光谱具有灵敏度高、效率高的特点。
【附图说明】
[0017]为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本实用新型时间分辨拉曼光谱仪的实施例1的光路图；
[0019]图2为本实用新型实施例2的光路图；
[0020]图3为实施例2中双波段陷波滤光片的透射光谱示意图；
[0021 ]图4为待测样品的结构示意图；
[0022]图5为采用实施例1时间分辨拉曼光谱仪时间延时为O时测得的透明固体表层物质的紫外拉曼光谱；
[0023]图6为本实用新型实施例1中时间分辨拉曼光谱仪时间延时为280皮秒时测得的透明固体内层物质的紫外拉曼光谱；
[0024]图7为扣除透明固体表层物质影响后的内层物质的紫外拉曼光谱图；
[0025]图8为作为参照的一种已知成分的爆炸物质的紫外拉曼光谱图；
[0026]其中:
[0027]101、待测样品；101a、表层物质；101b、内层物质；102、第一聚焦透镜；103、陷波滤光片；104、第二聚焦透镜；105、光谱仪；106、信号增强器；107、第一反射镜；108、第二反射镜；109、分束器；110、第一光电探测器；111、延时器；112、第二光电探测器；113、第四反射镜；114、第三反射镜；115、第一二倍频晶体;116、光纤放大器；117、光纤皮秒激光器;118、第二二倍频晶体；119、第三二倍频晶体；120、光开关；121、第五反射镜；122、第六反射镜；123、 二向色镜；124、第七反射镜。
【具体实施方式】
[0028]以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本实用新型而不限于限制本实用新型的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
[0029]实施例1
[0030]参见图1，为本实用新型实施例1的结构示意图，该时间分辨拉曼光谱仪包括光纤皮秒激光发射器117、激光出射光路和分束器109，该光纤皮秒激光器117的种子源波长为970?985nm，脉冲长度可以为l-50ps(本例中给出1ps的脉冲)，在激光出射光路上依次设有光纤放大器116和四倍频光路，根据实际需要还可设置为二倍频光路或三倍频光路，四倍频光路即在光纤放大器116的出射光路上串联设有两个第一二倍频晶体115，激光经光纤放大器116放大后经过两个第一二倍频晶体115改变频率，输出激光波长为243?246nm、脉冲长度为10ps。
[0031]改变频率后的激光经第三反射镜114和第四反射镜113入射至分束器109，分束器109将激光分成两束，其中第一光束的出射光路上依次电连接有第一光电探测器110、延时器111和第二光电探测器112，第一光束进入第一光电探测器110，第一光电探测器110发出的信号经延时器111后作为第二光电探测器112的触发信号;第二光束的出射光路上设有第一反射镜107、第二反射镜108、陷波滤光片103、第一聚焦透镜102和待测样品101，第二光束经第一反射镜107和第二反射镜108后入射至陷波滤光片103，然后经第一聚焦透镜102聚焦后入射至待测样品101，待测样品101发出的拉曼散射光出射光路上设置第一聚焦透镜102、陷波滤光片103、第二聚焦透镜104和光谱仪105，待测样品101发出的拉曼散射光经第一聚焦透镜102、陷波滤光片103和第二聚焦透镜104后入射至光谱仪105，光谱仪105分出的光谱信号被设置在后端的第二光电探测器112探测到。
[0032]为了进一步优化本实用新型的实施效果，在光谱仪105和第二光电探测器112之间还设有信号增强器106用于增强光谱仪105输出侧光谱信号。
[0033]例如检测如图4所示的待测样品的成分，该待测样品101由装在壁厚6mm的聚乙烯容器内的可疑物品组成，本例中时间分辨紫外拉曼光谱仪射出波长为244nm，脉冲长度为1ps的激光垂直入射到聚乙烯容器表层物质1la上，首先测量延时为O的拉曼光谱，此时对应的是表层物质101的拉曼光谱，如图5所示;然后根据表层物质101的厚度和折射率，以及内层物质1lb的深度等情况，测量延时280皮秒后的拉曼光谱，此时对应的拉曼光谱是内层物质1lb和表层物质1la的拉曼光谱的组合，如图6所示。如图7所示，把混合光谱扣除表层物质光谱的影响后，即可以得到内层物质1lb的拉曼光谱，该光谱与如图8所示的作为对照的一种已知成分的普通炸药二硝基甲苯的紫外拉曼光谱相似，因此可以确定可疑物品是普通炸药二硝基甲苯。
[0034]实施例2
[0035]为了方便采用不同的激光波段作为激发光源，倍频光路可包括二倍频光路、三倍频光路和四倍频光路中的两种光路或三种光路，各光路之间通过光开关120来选择，如图2所示，在本实用新型的实施例2中，其他与实施例1相同，不同之处的在于倍频光路包括四倍频光路和二倍频光路，在光纤放大器116的出射光路上设有第二二倍频晶体118、光开关120、第三二倍频晶体119、第五反射镜121、第六反射镜122、二向色镜123和第七反射镜124。
[0036]在光开关开的光路上设置第三二倍频晶体119和二向色镜123，二向色镜123对于四倍频后的激光(波长为243?246nm)全反，激光经第七反射镜124后入射至分束器109;在光开关120关闭的光路上设有第五反射镜121和第六反射镜122，二倍频后的激光经第五反射镜121和第六反射镜122后入射至二向色镜123，二向色镜123对二倍频后的激光(波长为485?493nm)全透，二向透镜123透射出的激光经第七反射镜124后入射至分束器109，通过光开关120的开关可选择紫外波段或可见波段作为激发光源，采用四倍频的深紫外波段皮秒超快激光时，获得的深紫外时间分辨拉曼光谱灵敏度高、效率高，具有更好的推广价值，在本实施例中陷波滤光片103为双波长陷波滤光片，如图3所示，其对波长范围为243?246nm波段及波长范围为485?493nm波段的激发光全反，对其他波长的光全透。
[0037]上述实例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.时间分辨拉曼光谱仪，其特征在于:包括光纤皮秒激光发射器(117)、激光出射光路和分束器(I 09); 所述分束器(109)分出的第一光束的出射光路上设有依次电连接的第一光电探测器(110)、延时器(111)和第二光电探测器(112)，所述第一光束进入所述第一光电探测器(110)，所述第一光电探测器(110)发出的信号经所述延时器(111)后作为所述第二光电探测器(112)的触发信号； 所述分束器(109)分出的第二光束的出射光路上设有陷波滤光片(103)、第一聚焦透镜(102)和待测样品(101)，所述待测样品(101)发出的拉曼散射光出射光路上设置所述第一聚焦透镜(102)、陷波滤光片(103)、第二聚焦透镜(104)和光谱仪(105)，所述第二光电探测器(112)设置在所述光谱仪(105)光谱信号出射端，所述第二光束通过所述陷波滤光片(103)、第一聚焦透镜(102)聚焦到待测样品(101)上，待测样品(101)发出的拉曼散射光经所述第一聚焦透镜(102)、陷波滤光片(103)和第二聚焦透镜(104)后进入所述光谱仪(105)。2.根据权利要求1所述的时间分辨拉曼光谱仪，其特征在于:所述激光出射光路上依次设有光纤放大器(116)和倍频光路，激光经所述倍频光路改变频率后入射至所述分束器(109)。3.根据权利要求2所述的时间分辨拉曼光谱仪，其特征在于:所述光纤皮秒激光器的种子源波长为970?985nm，脉冲长度为I?50ps。4.根据权利要求3所述的时间分辨拉曼光谱仪，其特征在于:所述倍频光路包括二倍频光路和/或三倍频光路和/或四倍频光路，所述二倍频光路上设置一个二倍频晶体，所述三倍频光路上设置一个三倍频晶体，所述四倍频光路上串联设置两个二倍频晶体，当所述倍频光路包括两个以上光路时，各光路之间通过光开关(120)选择。5.根据权利要求1所述的时间分辨拉曼光谱仪，其特征在于:所述分束器(109)与所述陷波滤光片(103)之间设有第一反射镜(107)和第二反射镜(108)，所述第二光束经所述第一反射镜(107)和所述第二反射镜(108)后射入所述陷波滤光片(103)。6.根据权利要求1所述的时间分辨拉曼光谱仪，其特征在于:所述光谱仪(105)与所述第二光电探测器(112)之间设有信号增强器(106)。
【文档编号】G01N21/65GK205426794SQ201620158864
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月2日
【发明人】傅立斌
【申请人】精快激光科技（苏州）有限公司