偏振拉曼光谱设备的制作方法

本实用新型涉及光学机械技术领域，具体而言，涉及一种偏振拉曼光谱设备。

背景技术：

众所周知，显微拉曼光谱测量技术是近些年来发展起来的微尺度实验测量新技术。该技术可以通过采集拉曼散射信号并分析其光谱获得材料的化学成分、晶相、以及应力或应变等信息，被广泛的应用于诸多领域的实验分析。显微拉曼光谱系统是已经成熟应用的光谱测量系统。目前已有一些科研仪器公司开发了商用化的拉曼实验系统，也有一些研究者自制了各自的显微拉曼测量系统。这些系统通常能够具备优良的光谱探测性能，如高空间分辨率、高拉曼信噪比等，在分析化学、细胞生物学、材料物理学等领域的应用研究中已经取得一系列成功成果。然而，这些系统和装置，通常需要在光路中使用半反半透镜或者介入/撤出可切换的反射镜，来将观察光路与信号光路分隔开。使用半反半透镜的办法大幅消耗了本已很微弱的拉曼信号强度，而介入/撤出可切换反射镜的办法不仅因手动或自动的切换机构而影响系统中光路的稳定性和可靠性，更无法实现在观察的同时开展原位的拉曼测量。此外，现有的拉曼系统往往需要同时调节入射光与散射光各自光路中的偏振控制装置，来实现协同或者协异的偏振拉曼探测，测试过程复杂而且偏振控制精度、重复性均难以保证，甚至影响整个探测系统的可靠性与寿命。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种偏振拉曼光谱设备，以解决现有技术中微拉曼光谱装置中的观察与探测不能有效同步的问题。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种偏振拉曼光谱设备，包括：沿第一方向依次设置的激发装置、低通滤波片和样品，沿第二方向依次设置的所述低通滤波片、散射光偏振调节装置、偏振分光镜、拉曼滤光片和摄谱仪；

所述偏振分光镜的一侧设有观测装置，所述观测装置发射出的照明光由所述偏振分光镜的折射经过所述散射光偏振调节装置和低通滤波片，所述低通滤波片将所述照明光反射到所述样品表面，照明光经过所述样品表面漫反射后经所述低通滤波片反射，再经过所述散射光偏振调节装置后经过所述偏振分光镜反射到所述观测装置形成图像；

所述激发装置发射出的激光通过所述低通滤波片后作用到所述样品上表面，所述样品表面激发出散射光，由所述低通滤波片反射到所述散射光偏振调节装置并穿过所述偏振分光镜后经过所述拉曼滤光片进入到所述摄谱仪。

进一步地，所述偏振拉曼光谱设备还包括入射光偏振调节装置，所述入射光偏振调节装置设在所述激发装置和所述低通滤波片之间。

进一步地，所述入射光偏振调节装置内部可转动地设有第一半波片；

所述第一半波片设在靠近所述激发装置的一端。

进一步地，所述入射光偏振调节装置内部还设有单色片；

所述单色片和所述第一半波片沿所述激发装置发射出的激发光的方向间隔设置。

进一步地，所述偏振分光镜远离散射光调节装置的一端向靠近所述观测装置的一端倾斜，以使所述偏振分光镜与水平面呈夹角设置。

进一步地，所述低通滤波片与所述偏振分光镜平行。

进一步地，所述散射光偏振调节装置内设有第二半波片，所述第二半波片与所述偏振分光镜和低通滤波片同轴设置。

进一步地，所述偏振拉曼光谱设备还包括显微镜头；

所述显微镜头设在所述低通滤波片和所述样品之间，所述显微镜头用于将通过所述显微镜头的光聚焦。

本实用新型提供的一种偏振拉曼光谱设备，当观测装置发射出的照明光经过样品表面漫反射后，经低通滤波片反射，再经过散射光偏振调节装置后，其偏振方向为垂直于光路平面的光被反射，最终到达观察装置形成图像，激发装置发射出的激光经过样品表面的散射光，到低通滤波片时，波长高于低通滤波片截止波长的斯托克斯拉曼信号发生反射而向散射光偏振调节装置继续传播，而与入射激光波长相同的瑞利散射信号以及波长低于入射激光的反斯托克斯信号透射径直穿过低通滤波片而后未发生任何作用；散射光中斯托克斯拉曼信号经过散射光偏振调节装置后改变了其偏振方向，在经过偏振分光镜后，仅有偏振方向平行于光路平面的部分径直通过，再经过拉曼滤光片滤除其他杂散信号后进入到摄谱仪中，从而能够解决现有技术中微拉曼光谱装置中的观察与探测不能有效同步的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的偏振拉曼光谱设备的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的偏振拉曼光谱设备的机壳打开时的结构示意图。

图中：1－观测装置；2－激发装置；3－入射光偏振调节装置；4－摄谱仪；5－拉曼滤光片；6－偏振分光镜；7－散射光偏振调节装置；8－低通滤波片；9－显微镜头；10－样品；31－单色片；32－第一半波片。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，本实用新型提供的一种偏振拉曼光谱设备，包括：沿第一方向依次设置的激发装置2、低通滤波片8和样品10，沿第二方向依次设置的所述低通滤波片8、散射光偏振调节装置7、偏振分光镜6、拉曼滤光片5和摄谱仪4；

所述偏振分光镜6的一侧设有观测装置1，所述观测装置1发射出的照明光由所述偏振分光镜6的折射经过所述散射光偏振调节装置7和低通滤波片8，所述低通滤波片8将所述照明光反射到所述样品10表面，照明光经过所述样品10表面漫反射后经所述低通滤波片8反射，再经过所述散射光偏振调节装置7后经过所述偏振分光镜6反射到所述观测装置1形成图像；

所述激发装置2发射出的激光通过所述低通滤波片8后作用到所述样品10上表面，所述样品10表面激发出散射光，由所述低通滤波片8反射到所述散射光偏振调节装置7并穿过所述偏振分光镜6后经过所述拉曼滤光片5进入到所述摄谱仪4。

进一步地，所述偏振拉曼光谱设备还包括入射光偏振调节装置3，所述入射光偏振调节装置3设在所述激发装置2和所述低通滤波片8之间。

本实施例中，观测装置1发射出照明光并能够在观测装置1中成像，照明光经过的路线形成观察光路，激发装置2发射出激光作用到样品10，摄谱仪4将样品10发射的信号进行拉曼信号分析，激光所经过的路径形成信号光路，而且观测光路和信号光路能够在无任何切换的情况下同时实现显微镜的功能和拉曼信号的激发和收集及其偏振调节的功能。由于信号光路中没有使用半反半透镜而避免了拉曼信号的大幅损失，也没有使用介入/撤出可切换的反射镜而避免了因切换机构而影响系统中光路的稳定性和可靠性，更能够实现在观察的同时开展原位的拉曼测量。入射光偏振调节装置3能够调节激发装置2发出的激光的偏振方向，以使需要的偏振方向的激光通过低通滤波片8；散射光偏振调节装置7的使用便于精密控制，能够实现任意偏振构型下的拉曼测量。总之，本实用新型的提出可以有效解决现有显微拉曼光谱装置中的效率低、观察与探测不能有效同步的问题。

如图2所示，在上述实施例的基础上，进一步地，所述入射光偏振调节装置3内部可转动地设有第一半波片32；

所述第一半波片32设在靠近所述激发装置2的一端。

进一步地，所述入射光偏振调节装置3内部还设有单色片31；

所述单色片31和所述第一半波片沿所述激发装置发射出的激发光的方向间隔设置。

进一步地，所述偏振分光镜6远离散射光调节装置的一端向靠近所述观测装置1的一端倾斜，以使所述偏振分光镜6与水平面呈夹角设置。

进一步地，所述低通滤波片8与所述偏振分光镜6平行。

进一步地，所述散射光偏振调节装置7内设有第二半波片，所述第二半波片与所述偏振分光镜6和低通滤波片8同轴设置。

进一步地，所述偏振拉曼光谱设备还包括显微镜头9；

所述显微镜头9设在所述低通滤波片8和所述样品10之间，所述显微镜头9用于将通过所述显微镜头9的光聚焦。

本实施例中，观测装置1发射出的照明光，到达偏振分光镜6后分为偏振方向垂直于光路平面的部分和偏振方向平行于光路平面的部分；平行于光路平面的部分径直透过偏振分光镜6未发生任何作用；偏振方向垂直于光路平面的照明光经过偏振分光镜6发生反射后，径直透过散射光偏振调节装置7时改变了其偏振方向；照明光到达低通滤波片8时，其波长高于或等于低通滤波片8截止波长的部分被低通滤波片8反射后通过显微镜头9聚焦到样品10表面，照明光波长低于低通滤波片8截止频率的部分透过低通滤波片8而后未发生任何作用；照明光经过样品10表面漫反射后由显微镜头9收集，经低通滤波片8反射，再经过散射光偏振调节装置7后，其偏振方向为垂直于光路平面的部分反射，最终到达观测装置1形成图像；用于光谱激发的激光从激光器射出，通过入射光偏振调节装置3转变偏振方向，通过低通滤波片8后经由显微镜头9聚焦到样品10表面；样品10表面发出的散射光，由显微镜头9收集后达到低通滤波片8时，波长高于低通滤波片8截止波长的部分(即斯托克斯拉曼信号)发生反射而向散射光偏振调节装置7继续传播，而入射激光波长相同的瑞利散射信号以及波长低于入射激光的反斯托克斯信号透射径直穿过低通滤波片8而后未发生任何作用；散射光中斯托克斯拉曼信号经过散射光偏振调节装置7后改变了其偏振方向，在经过偏振分光镜6后，仅有偏振方向平行于光路平面的部分径直通过，再经过拉曼滤光片5滤除其他杂散信号后进入到摄谱仪4中。在这一过程中，观测装置1发射出的照明光中有充分的能量到达样品10表面并能够回到观测装置1有效成像，且未有任何照明信号发向摄谱仪4；激光器射出的激光能够在起偏方向任意可调的情况下到达样品10表面实现激发；用于分析的斯托克斯拉曼散射信号能够在检偏方向任意可调的情况下进入到摄谱仪4中实现拉曼信号分析。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。