本实用新型涉及仪器检测技术，具体地涉及一种拉曼光谱检测中用于发射和接收信号的多波长探头以及具有该多波长探头的拉曼光谱仪。
背景技术：
拉曼光谱法是根据分子振动的频率来表征材料的技术。基本拉曼测量需要用单色光源(通常为激光)照射样品，并分析散射光的光谱分布。以相对于激发源的较长波长的一系列谱线获得斯托克斯移动的拉曼光谱。拉曼光谱被广泛用于检测物质的组分和特性。
在实际实验中，拉曼测量可能会遇到拉曼光谱信号被掩蔽或干扰等问题。例如，由样品产生的荧光可能产生可能压倒拉曼散射的大背景。或者，样品产生荧光峰与拉曼线混淆的样品可能产生尖锐的荧光或发光带。这种荧光干扰通常可以通过采用与荧光物质的吸收光谱不一致的不同的激发激光波长来缓解。然而，拉曼仪器通常每次只有一个激发波长可用，并且用不同的激发激光器获得拉曼光谱是复杂的。
通常，长波长激发的拉曼光谱的荧光背景较短波长激发的要小一些。因此，许多商用的拉曼光谱仪选取近红外激光作为激发光源，如采用785nm的半导体激光器。但是对于这个激光波长，由于硅探测器在1050nm以后的响应基本为零，所以激发的拉曼光谱在3200cm-1之后基本无信号。但是，对于常用的可见光激发光源，如532nm的激光器，由于拉曼光谱位于硅探测器最佳响应区域，可以一直延伸到4000cm-1。但532nm激光激发由于波长较短，所以荧光强度高，对结果影响较大。此外，对于一些特定的物质测量，1064nm激光激发也具有优势。
目前最广泛应用的结构是光纤拉曼探头。激光器发出的拉曼激发光通过光纤耦合到拉曼探头中，并在探头出射端被透镜聚焦到被测物品上。从被测物品上激发的拉曼光被探头出射端的透镜收集后，进入拉曼探头，并通过光纤传输到拉曼光谱仪中，经过光谱仪内部光学器件分光后被探测器接收，得到拉曼光谱。通过拉曼探头内部的滤片组来保证从样品反射回的激光尽可能少地进入探测光路。由于滤片是针对特定波长设计的，因此单个拉曼探头只能用于在单个特定激光波长的拉曼测试中。单个拉曼探头的光谱仪只能对应单个波长，无法同时进行多个波长激光的拉曼测试。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种多波长拉曼探头。本实用新型的主要目的是实现同时进行多波长激光的拉曼测试，以消除荧光效应，提高测试准确性和适用性。
具体来说，本实用新型提供了一种多波长探头，用于拉曼光谱仪，包括:
第一光路系统，第一光路系统至少包括第一入光端口、第一反射镜、第一分光镜、主路分光镜、第一出光端口，光从第一入光端口射入后、经由第一反射镜以及所述第一分光镜后从主路分光镜射出至测试样品并产生拉曼信号，拉曼信号经由主路分光镜以及第一分光镜后从第一出光端口射出；
第二光路系统，第二光路系统至少包括第二入光端口、第二反射镜、第二分光镜、主路分光镜、第二出光端口，光从第二入光端口射入后、经由第二反射镜以及所述第二分光镜后从主路分光镜射出至测试样品并产生拉曼信号，拉曼信号经由主路分光镜以及第二分光镜后从第二出光端口射出；
主路分光镜共用于第一光路系统以及第二光路系统，使得来自第一光路系统以及第二光路系统的光合束和分离。
本实用新型还提供了一种拉曼光谱仪，具有前述的多波长探头。
在本实用新型中，通过多个光路系统光的合束及分离和可以同时对几个不同激光波长进行拉曼检测。既可以用短波长激光提高拉曼测试的灵敏度和测量波长范围，又可以通过长波长激光激发来减少荧光效应。有效地解决了单波长拉曼测试对于测试物质、光谱范围的局限性。
综合上述考量，本实用新型在确保实验准确性的同时，提高了拉曼测试时的效率和适用范围。
作为优选，第一光路系统以及所述第二光路系统分别包括在光路方向上配置于第一入光端口与第一反射镜之间的准直镜及滤片或者配置于第二入光端口与第二反射镜之间的准直镜及滤片。通过添设准直镜，将点光源发出的光线变为平行光。再增加滤镜，可以精准地控制入射光线的波长，减少其他波长光线的干扰。以上手段可以减少干扰结果的因素，保证了结果的准确性。
另外，作为优选，第一分光镜和第二分光镜为能够选择性地使不同波长的光分离的二向色镜。当光束通过第一分光镜和第二分光镜时，符合一定波长条件的光束通过分光镜，其余波长的光束则被反射。通过这种方式达到对光束选择的目的。
进一步地，作为优选，第一分光镜配置为使拉曼信号光的光和第一光路系统激光相互分离。用分光镜来选择不同波长的拉曼信号光和第一光路系统激光，使两种光信号分离，减少两种光信号之间的相互干扰，确保结果的准确。
进一步地，作为优选，第二分光镜配置为使拉曼信号光和第二光路系统激光相互分离。第二光路激光射入到达分光镜被分光镜反射，拉曼信号通过分光镜。通过这样的方式，分光镜将两束光信号分开，确保了两束光信号的独立。
此外，作为优选，主路分光镜为能够选择性地使不同波长的光分离的N向色镜，N大于或等于2。通过增加分光镜和光路系统的个数，增加不同波长的激光，得到不同波长的拉曼光信号，确保测量的精度，满足不同测量精度的需求。
进一步地，作为优选，N等于2，所述主路分光镜配置为使拉曼激发激光和拉曼信号光分离。
N等于2；
多波长探头还包括：
第三光路系统，至少包括第三入光端口、第三反射镜、第三分光镜、支路分光镜、主路分光镜、第三出光端口，光从第三入光端口射入后、经由第三反射镜、第三分光镜、支路分光镜后从主路分光镜射出至测试样品并产生拉曼信号，拉曼信号经由主路分光镜、支路分光镜以及第三分光镜后从第三出光端口射出；
第二光路系统还包括支路分光镜，光从第二入光端口射入后、经由第二反射镜、第二分光镜和支路分光镜后，从主路分光镜射出至测试样品并产生拉曼信号，拉曼信号经由主路分光镜、支路分光镜以及第二分光镜后从第二出光端口射出；
支路分光镜共用于第二光路系统和第三光路系统；
主路分光镜共用于第一光路系统、第二光路系统以及第三光路系统，第二光路系统和第三光路系统合束后的光通过主路分光镜，与来自第一光路系统的光合束和分离。通过分光镜的组合使用，实现了三种不同波长的光束的合束和分离，并将第二光路系统和第三光路系统组合在一起，提高精度的同时控制了成本。
进一步地，作为优选，N大于或等于3；
多波长探头还包括：
第三光路系统，至少包括第三入光端口、第三反射镜、第三分光镜、主路分光镜、第三出光端口，光从第三入光端口射入后、经由第三反射镜以及第三分光镜后从主路分光镜射出至测试样品并产生拉曼信号，拉曼信号经由主路分光镜以及第三分光镜后从第三出光端口射出；
主路分光镜共用于第一光路系统、第二光路系统以及第三光路系统，使得来自第一光路系统、第二光路系统和第三光路系统的光合束和分离。通过分光镜控制光路，采用了三条独立的光路系统，减少了各光路系统间的干扰，确保了结果的准确性和可信度。
附图说明
图1是本实用新型第一实施方式两条光路系统时的光路示意图；
图2是本实用新型第二实施方式主路分光镜为二向色镜三条光路系统时的光路示意图；
图3本实用新型第三实施方式主路分光镜为三向色镜三条光路系统时的光路示意图；
附图标记说明：
1a-第一入光端口；1b-第一反射镜；1c-第一分光镜；1d-第一出光端口；2a-第二入光端口；2b-第二反射镜；2c-第二分光镜；2d-第二出光端口；3a-第三入光端口；3b-第三反射镜；3c-第三分光镜；3d-第三出光端口；4-准直镜；5-滤片；6-主路分光镜；7-支路分光镜；8-测试样品。
具体实施方式
实施方式一
本实用新型的第一实施方式提供了一种多波长探头，用于拉曼光谱仪，参见图1所示，包括:第一光路系统，第一光路系统至少包括第一入光端口1a、第一反射镜1b、第一分光镜1c、主路分光镜6、第一出光端口1d，光从第一入光端口1a射入后、经由第一反射镜1b以及所述第一分光镜1c后从主路分光镜6射出至测试样品8并产生拉曼信号，拉曼信号经由主路分光镜6以及第一分光镜1c后从第一出光端口1d射出。
第二光路系统，第二光路系统至少包括第二入光端口2a、第二反射镜2b、第二分光镜2c、主路分光镜6、第二出光端口2d，光从第二入光端口2a射入后、经由第二反射镜2b以及所述第二分光镜2c后从主路分光镜6射出至测试样品8并产生拉曼信号，拉曼信号经由主路分光镜6以及第二分光镜2c后从第二出光端口2d射出；
主路分光镜6共用于第一光路系统以及第二光路系统，使得来自第一光路系统以及第二光路系统的光合束和分离。
第一分光镜1c和第二分光镜2c为能够选择性地使不同波长的光分离的二向色镜。
第一分光镜1c配置为使拉曼信号光的光和第一光路系统激光相互分离。
第二分光镜2c配置为使拉曼信号光和第二光路系统激光相互分离。
接下来，本实施方式将以入射激光的波长为532nm和785nm的混合激光束为例，来说明本实用新型的多波长探头的运作原理。其具体的步骤如下：
1、785nm的光信号从第一入光端口1a射入，经过准直镜4和滤片5，确保其成为平行光，到达第一反射镜1b，被第一反射镜1b反射至第一分光镜1c。此处的第一分光镜1c可选用将波长大于792nm的透射，波长小于792nm的光反射的二向色镜。
2、785nm的激光被第一分光镜1c反射，到达主路分光镜6。532nm的光信号从第二入光端口2a射入，经过准直镜4和滤片5，确保其成为平行光，到达第二分光镜2c，并被反射至主路分光镜6。此处的主路分光镜6可选择使波长为785nm的光束透射，使波长为532nm的激光反射。
3、经过主路分光镜6合束，两束激光重合成一束光，再经过准直镜4汇聚在测试样品8上。
4、测试样品8在激光机发下产生拉曼信号，信号通过准直镜4被准直成平行光并收集回到探头内，回到主路分光镜6。此时，主路分光镜6对光束选择并分离。长于785nm的拉曼信后投射穿过，拉曼信号波长小于785nm的被90度反射。
5、透射穿过的拉曼信号，仍旧能透射穿过第一分光镜1c，经过滤片5和准直镜4从第一出光端口1d射出；
6、反射的拉曼信号从第二分光镜2c透射，再被第二反射镜反射，通过滤片5和准直镜4从第二出光端口2d射出。
相对于现有技术而言，本实用新型将来自不同光路、不同波长的激光在主路分光镜6汇聚，符合不同要求的激光有的通过主路分光镜6，有的被主路分光镜6反射，最终被合束成一条光路。对于由激光激发的拉曼信号，再由分光镜做出上述选择过程，将不同的信号分离。通过对多个光路系统光的合束及分离和可以同时对几个不同激光波长进行拉曼检测。既可以用短波长激光提高拉曼测试的灵敏度和测量波长范围，又可以通过长波长激光激发来减少荧光效应。同时，提高了测量效率有效地解决了单波长拉曼测试对于测试物质、光谱范围的局限性。
实施方式二
本实用新型的第二实施方式提供了一种多波长探头，用于拉曼光谱仪，第二实施方式是对第一实施方式的改进，主要改进之处在于，所用分光镜均为二向色镜，探头包括了3条光路。结合图2来看，主路分光镜6为能够选择性地使不同波长的光分离的N向色镜，N大于或等于2。
当N等于2时，主路分光镜6配置为使拉曼激发激光和拉曼信号光分离。
也就是说，多波长探头还包括：
第三光路系统，至少包括第三入光端口3a、第三反射镜3b、第三分光镜3c、支路分光镜7、主路分光镜6、第三出光端口3d，光从第三入光端口3a射入后、经由第三反射镜3b、第三分光镜3c、支路分光镜7后从主路分光镜6射出至测试样品8并产生拉曼信号，拉曼信号经由主路分光镜6、支路分光镜7以及第三分光镜3c后从第三出光端口3d射出；
第二光路系统还包括支路分光镜7，光从第二入光端口2a射入后、经由第二反射镜2b、第二分光镜2c和支路分光镜7后，从主路分光镜6射出至测试样品8并产生拉曼信号，拉曼信号经由主路分光镜6、支路分光镜7以及第二分光镜2c后从第二出光端口2d射出；
支路分光镜7共用于第二光路系统和第三光路系统，使得来自第二光路系统、第三光路系统的光合束和分离；主路分光镜6共用于第一光路系统、第二光路系统以及第三光路系统，第二光路系统和第三光路系统合束后的光通过主路分光镜6，与来自第一光路系统的光合束和分离。通过分光镜的组合使用，实现了三种不同波长的光束的合束和分离，并将第二光路系统和第三光路系统组合在一起，提高精度的同时控制了成本。
在本实施方式中，第一光路系统的工作过程和第一实施方式中第一光路系统的工作流程基本相同。第二光路系统和第三光路系统共用了支路分光镜7。激光从第二入光端口2a射入，经过准直镜4和滤片5成为平行光，再由第二反射镜反射至支路分光镜7。
在第三光路系统中，激光从第三口射入，经过准直镜4和滤片5成为平行光，在第三反射镜处被反射至第三反射镜，再由第二反射镜反射至支路分光镜7。来自第二管路系统的激光在支路分光镜7处被反射，来自第三光路系统的激光从支路分光镜7透射，最终重合成一束光。再通过主路分光镜6的合束，将被支路分光镜7反射的激光和来自第一光路系统的激光重合成一束光。
光束通过准直镜4汇聚到测试样品8上，激发出相应的拉曼信号并反射，通过准直镜4成为平行光，再被主路分光镜6选择。波长符合一定条件的拉曼信号从主路分光镜6透射，再从第一分光镜1c透射，经过滤片5和准直镜4到达从一出光端口射出。其余波长的拉曼信号被主路分光镜6反射至支路分光镜7，符合一定条件的拉曼信号被支路分光镜7反射，再从第二光路分光镜透射，经过滤片5和准直镜4从第二出光端口2d射出；剩下的拉曼信号从支路分光镜7透射至第三分光镜3c，并被第三分光镜3c反射，经过滤片5和准直镜4从第三处光端口射出。
因此，综合第一和第二实施方式的考量，在本实用新型中，通过二向色镜将不同波长的光合束和分离，达成了在同一时间进行多个波长的拉曼测试的目的，大大提高了测试的效率。由于分光镜将不同光路分离开来，减少了光信号之间的干扰，确保了实验结果的准确性。
第三实施方式
本实用新型的第三实施方式提供了一种多波长探头，用于拉曼光谱仪，本实施方式与第一、第二实施方式有所不同，主要的不同在于，在本实用新型的第一或第二实施方式中，主路分光镜6为二向色镜；而在本实施方式中，参照图3所示，所用的主路分光镜6为三向色镜。
也就是说，在本实施方式中，N等于3。多波长探头还包括：
第三光路系统，至少包括第三入光端口3a、第三反射镜3b、第三分光镜3c、主路分光镜6、第三出光端口3d，光从第三入光端口3a射入后、经由第三反射镜3b以及第三分光镜3c后从主路分光镜6射出至测试样品8并产生拉曼信号，拉曼信号经由主路分光镜6以及第三分光镜3c后从第三出光端口3d射出；
主路分光镜6共用于第一光路系统、第二光路系统以及第三光路系统，使得来自第一光路系统、第二光路系统和第三光路系统的光合束和分离。
具体来说，在本实施方式中，探头具体工作步骤如下：
1、激光分别从第一入光端口1a、第二入光端口2a、第三入光端口3a射入，经过准直镜4和滤片5成为平行光，再分别由第一反射镜1b、第二反射镜2b、第三反射镜3b反射至第一分光镜1c、第二分光镜2c和第三分光镜3c。
2、激光被分别反射至主路分光镜6，由主路分光镜6合束成一道光束，经过准直镜4汇聚到测试样品8上。
3、激光在测试样品8上激发出相应的拉曼信号，经过准直镜4成为平行光，到达主路分光镜6。
4、在主路分光镜6处，符合一定条件的拉曼信号可以透射进入第一光路系统，从第一分光镜1c透射，经过滤片5和准直镜4，从第一出光端口1d射出。
5、在主路分光镜6处根据一定的波长条件还可以分离出2个不同波长的拉曼信号。
6、一条激光进入第二光路系统，从第二分光镜2c透射，经过滤片5和准直镜4，从第二出光端口2d射出。
7、另一条激光进入第三光路系统，从第三分光镜3c透射，经过滤片5和准直镜4，从第三处光端口射出。
显然，N还可以根据实际情况采用4个、5个甚至更高的数量。更多向的色镜可以汇聚更复杂的光线，降低拉曼光谱仪的成本。
综合上述考量，在本实用新型中，采用了三向色镜，相较于第二实施方式，减少了支路分光镜7，降低了制作的成本，同时减缓了光的结构，降低了对每一个光路系统中分光镜的要求，扩大了材料的选择范围。相对于第一实施方式，本实施方式的三条光路系统保证了更高的效率。
第四实施方式
本实用新型还提供了一种拉曼光谱仪，包括前述的多波长探头。
一个探头对应了多条光路系统，使得一个拉曼光谱仪可以同时进行多组不同波长的拉曼实验，提高了实验的效率和准确性
本领域的普通技术人员可以理解，在上述的各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于上述各实施方式的种种变化和修改，也可以基本实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。因此，在实际应用中，可以在形式上和细节上对上述实施方式作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。