一种多波长激光移频激发的拉曼光谱测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及精密仪器与检测技术领域。
【背景技术】
[0002]拉曼光谱技术具有检测速度快、无损检测等突出优点，是一种进行分子结构研宄的强有力工具，广泛应用于食品安全、生物医学、公共安全等领域。然而，大多数食品、药品、毒品的拉曼光谱检测过程中常伴有强荧光干扰。对于强荧光样品，荧光会淹没拉曼信号，荧光的存在严重影响拉曼光谱特征峰的识别，因此进行拉曼光谱检测过程中的荧光抑制是非常有必要的。另外，CCD等探测器本身的噪声和暗电流对一些弱的拉曼峰的识别也产生严重的干扰。
[0003]目前，抑制荧光干扰的方法有时间分辨拉曼光谱法(Matousek P, TowrieMj Stanley A，et al.Efficient reject1n of fluorescence from Raman spectrausing picosecond Kerr gating[J].Applied Spectroscopy, 1999，53(12):1485-1489)、步员域滤波法(Mosier-Boss P A，Lieberman S Hj Newbery R.Fluorescence reject1nin Raman spectroscopy by shifted—spectra，edge detect1n, and FFT filteringtechniques[J].Applied spectroscopy，1995，49(5):630-638)、多项式拟合法(Zhao JjLui H，McLean D I，et al.Automated autofluorescence backgroundsubtract1n algorithm for b1medical Raman spectroscopy [J].Applied spectroscopy，2007，61 (11):1225-1232)、小波变换法(Bertinetto C Gj VuorinenT.Automatic baseline recognit1n for the correct1n of large sets ofspectra using continuous wavelet transform and iterative fitting[J].Appliedspectroscopy, 2014，68 (2): 155-164)等。焚光背景的多样性经常导致上述方法的失效，而移频激发法(Shreve A P，Cherepy N Jj Mathies R A.Effective reject1n offluorescence interference in Raman spectroscopy using a shifted excitat1ndifference technique [J].Applied spectroscopy, 1992，46 (4): 707-711) —般米用两波长相近的激发光源对样品进行检测，由于激发波长的微小改变对荧光影响很小，宽频带的荧光背景几乎保持不变，而拉曼信号将整体发生轻微移动。因此，只要将两原始光谱归一化后相减得到拉曼差分光谱，在拉曼差分光谱中荧光背景相互抵消，仅保留拉曼信号，有效地抑制了荧光干扰。但是拉曼差分光谱不是真正的拉曼光谱，需要通过算法处理才能复原出样品真正的拉曼光谱。
[0004]保证激发光源波长的稳定性是移频激发法的关键性因素。目前移频激发法的激发光源通常采用可调谐激光器来获得双波长或多波长激光。可调谐激光器一般采用电流控制技术、温度控制技术或机械控制技术。电流或者温度可调谐的激光器产生的激光波长不稳定，需要额外的装置进行持续波长监测以保证输出波长的稳定性。机械可调谐激光器装置存在可移动的部件，不适合集成到便携式拉曼光谱系统中。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种多波长激光移频激发的拉曼光谱测量装置，有效抑制荧光的干扰，实现强荧光背景的拉曼光谱检测。
[0006]本发明的技术方案如下:
[0007]一种多波长激光移频激发的拉曼光谱测量装置，其特征在于:包括第一激光器
(1)、第二激光器(2)、第三激光器(3)、第一激光器控制模块(4)、第二激光器控制模块(5)、第三激光器控制模块(6)、光纤光开关(7)、拉曼探头(8)、样品池(10)、光栅分光模块(11)、光谱数据采集模块(12)、算法处理模块(13);
[0008]其中第一激光器(I)、第二激光器(2)和第三激光器(3)分别包含一激光发射源、一热敏电阻温度传感器、一半导体制冷器、一光电探测器；
[0009]第一激光器驱动模块(4)与第一激光器(I)的激光发射源(1-1)相连用于设置第一激光器(I)的电流，第一激光器驱动模块(4)与第一激光器(I)的热敏电阻温度传感器(1-2)相连用于监控第一激光器(I)的温度，第一激光器驱动模块(4)与第一激光器(I)的半导体制冷器(1-3)相连用于对第一激光器(I)进行加热或制冷，第一激光器驱动模块(4)与第一激光器⑴的光电探测器(1-4)相连用于采集第一激光器⑴的功率；
[0010]第二激光器驱动模块(5)与第二激光器(2)的激光发射源(2-1)相连用于设置第二激光器(2)的电流，第二激光器驱动模块(5)与第二激光器(2)的热敏电阻温度传感器(2-2)相连用于监控第二激光器(2)的温度，第二激光器驱动模块(5)与第二激光器(2)的半导体制冷器(2-3)相连用于对第二激光器(2)进行加热或制冷，第二激光器驱动模块(5)与第二激光器(2)的光电探测器(2-5)相连用于采集第二激光器(2)的功率。
[0011]第三激光器驱动模块(6)与第三激光器(3)的激光发射源(3-1)相连用于设置第三激光器(3)的电流，第三激光器驱动模块(6)与第三激光器(3)的热敏电阻温度传感器(3-2)相连用于监控第三激光器(3)的温度，第三激光器驱动模块(6)与第三激光器(3)的半导体制冷器(3-3)相连用于对第三激光器(3)进行加热或制冷，第三激光器驱动模块(6)与第三激光器(3)的光电探测器(3-5)相连用于采集第三激光器(3)的功率。
[0012]第一激光器(I)与光纤光开关(7)通过光纤连接，第二激光器(2)与光纤光开关
(7)通过光纤连接，激光器(3)与光纤光开关(7)通过光纤连接，光纤光开关(7)与拉曼探头(8)通过光纤连接，待测样品(9)放置于样品池(10)中，拉曼探头(8)与光栅分光模块
(11)通过光纤连接，光栅分光模块(11)与光谱数据采集模块(12)相连用于数据反馈及参数设置，光谱数据采集模块(12)与算法处理模块(13)相连用于数据反馈。
[0013]在本发明的较佳实施例中，第一激光器(I)的发射波长为为784.5nm，第二激光器
(2)的发射波长为785.0nm，第三激光器(3)的发射波长为785.5nm。
[0014]在本发明的较佳实施例中，所述的激光控制模块(4)包括驱动恒流源和温度控制单元，激光器的温度稳定性为0.1°C，激光器波长在24小时内波动为8pm。
[0015]在本发明的较佳实施例中，所述的光谱数据采集模块(12)对光栅分光模块(11)里的CXD进行制冷，较佳地，制冷温度达到-15°C。
[0016]前述的一种多波长激光移频激发的拉曼光谱测量装置的使用方法，包括如下步骤:
[0017]I)将待测样品(9)放置在样品池(10)里；
[0018]2)启动第一激光器(I)控制模块(4)、第二激光器(2)控制模块(5)、第三激光器
(3)控制模块￠)，等待激光器控制模块达到设定温度和功率，保证第一激光器(1)、第二激光器(2)、第三激光器(3)的波长稳定性；启动光谱数据采集模块(12)对光栅分光模块
(11)里的CCD进行制冷，等待达到设定的温度；
[0019]3)通过光纤光开关(7)切换第一激光器(I)、第二激光器(2)、第三激光器(3)，分别传输到拉曼探头(8)，拉曼探头(8)传输激光聚焦照射到待测样品(9)上；
[0020]4)拉曼探头⑶收集样品产生的拉曼散射光并滤除瑞利散射光，并将其通过光纤传输至光栅分光模块(11);
[0021]5)光栅分光模块(11)使拉曼散射光按波长在空间上分开，并聚焦到探测器C⑶的感光面上，经光电转换得到光谱电信号，并通过光谱数据采集模块(12)进行数据采集；
[0022]6)光谱数据采集模块(12)将光谱数据传输给算法处理模块(13)。
[0023]7)重复步骤3)_6)，得到被测样品在不同波长激光下的拉曼光谱。最后算法处理模块(13)进行相关的算法处理，获得被测样品的拉曼光谱。
[0024]在前述的使用方法，较佳地，第一激光器(I)的发射波长为为784.5nm，第二激光器(2)的发射波长为785.0nm，第三激光器(3)的发射波长为785.5nm。
[0025]本发明的优点如下:
[0026](I)本发明针对高荧光背景拉曼光谱测量的需要，采用多波长激光移频激发拉曼光谱测量的方法，多个基于体布拉格光栅技术的固定波长半导体激光器作为激光光源，从而实现样品在多波长激光下的移频激发，进行拉曼光谱测量及算法处理，能够有效抑制荧光的干扰。
[0027](2)本发明针对CXD等探测器本身的噪声和暗电流对一些弱的拉曼峰的识别也产生严重的干扰，采用高灵敏度的薄型面阵CXD作为光谱数据采集的探测器，并对其进行制冷，降低暗电流噪声，提高装置的拉曼光谱采集性能。
[0028]因此，本发明采用基于体布拉格光栅技术的固定波长半导体激光器作为激光光源，其具有波长稳定、线宽窄等优点。对激光器的温度和功率进行了控制，保证其输出波长的稳定性，结构紧凑、高效。
【附图说明】
[0029]图1为本发明的多波长激光移频激发的拉曼光谱测量装置结构组成图。
[0030]图2为本发明对某样品的多波长激光移频激发的拉曼光谱测量结果。
[0031](a)三波长激光移频激发的拉曼光谱测量图；
[0032](b)算法处理提取的拉曼光谱图
[0033]图中
[0034]1-第一激光器
[0035]1-1第一激光器的激光发射源 1-2第一激光器的热敏电阻温度传感器
[0036]1-3第一激光器的半导体制冷器 1-4第一激光器的光电探测器
[0037]2-第二激光器
[0038]2-1第二激光器的激光发射源 2-2第二激光器的热敏电阻温度传感器
[0039]2-3第二激光器的半导体制冷器 2-4第二激光器的光电探测器
[0040]3-第三激光器
[0041]3-1第三激光器的