拉曼散射激发方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种拉曼散射激发方法及装置，属于光学技术领域。
【背景技术】
[0002]拉曼效应，也称拉曼散射，光子的非弹性散射现象，1928年由印度物理学家钱德拉塞卡拉?拉曼发现，指光波在被散射后频率发生变化的现象。当光线从一个原子或分子散射出来时，绝大多数的光子，都是弹性散射的，这称为瑞利散射。在瑞利散射下，散射出来的光子，跟射入时的光子，它的能量、频率与波长是相同的。然而，有一小部份散射的光子，大约是一千万个光子中会出现一个，散射后的频率会产生变化，通常是低于射入时的光子频率，原因是入射光子和介质分子之间发生能量交换。这即是拉曼散射。
[0003]拉曼散射与生俱来就有信号微弱的特点，特别是对气体或者低浓度液体进行拉曼光谱分析时，由于待测物质分子浓度特别低，要得到高质量的拉曼光谱相对较难，通常需要用到大功率激光器和较长路径的样品池。在激光器功率有限、样品微量的情况下，如何增强拉曼效应是提高拉曼光谱质量的关键。
【发明内容】
[0004]本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种能够增强拉曼效应的拉曼散射激发方法及装置。
[0005]本发明提供一种拉曼散射激发装置，其特征在于，包括:被入射激光照射后会产生等离子体波的微金属柱阵列，其中，微金属柱阵列包括密集排布在虚拟半球内的若干个微金属柱，每个微金属柱均为圆柱形，圆柱形的延伸方向与虚拟半球的半径方向一致，入射激光包括垂直每个微金属柱的光束，光束射向虚拟半球的球心，等离子体波在球心附近区域激发样品的拉曼散射光。
[0006]另外，在本发明的一种拉曼散射激发装置中，还可以具有这样的特征:其中，每个微金属柱的直径为纳米或微米级。
[0007]另外，在本发明的一种拉曼散射激发装置中，还可以具有这样的特征:位于微金属柱阵列上方水平设置的第一透镜，第一透镜的焦点与虚拟半球的球心重合。
[0008]另外，在本发明的一种拉曼散射激发装置中，还可以具有这样的特征:位于微金属柱阵列上方用于固定微金属柱阵列的球面玻璃基板，球面玻璃基板处在虚拟半球的球面上，每个微金属柱的上表面固定于球面玻璃基板的下表面，入射激光透过球面玻璃基板后，垂直照射到每个微金属柱的上表面。
[0009]本发明还提供一种拉曼散射激发方法，利用上述的拉曼散射激发装置，其特征在于，包括以下步骤:
[0010]步骤一、安装好拉曼散射激发装置，在拉曼散射激发装置下方依次设置第二透镜和探测器；
[0011]步骤二、将样品放置在球心附近区域，将垂直方向的平行激光束照射到第一透镜上；
[0012]步骤三、入射激光经过第一透镜会聚后，照射到球面玻璃基板上，并透过球面玻璃基板，垂直照射到每个微金属柱的上表面，使得微金属柱的下表面边缘处激发等离子体波，每个下表面集中在球心附近区域，使得等离子体波在球心附近区域会聚形成激发场；
[0013]步骤四、样品在激发场被激发拉曼散射光，拉曼散射光经第二透镜收集并会聚到探测器上，被探测器接收。
[0014]另外，在本发明的一种拉曼散射激发方法中，还可以具有这样的特征:其中，样品为气体或低浓度的液体。
[0015]另外，在本发明的一种拉曼散射激发方法中，还可以具有这样的特征:其中，样品被容纳于透明容纳腔内，透明容纳腔的范围围绕于球心附近区域的四周。
[0016]本发明还提供一种拉曼检测仪，其特征在于，包括:提供入射激光的光源；用于激发样品中拉曼散射光的拉曼散射激发装置，拉曼散射激发装置为上述的拉曼散射激发装置；以及与拉曼散射激发装置连接的光谱分析仪，用于测量拉曼散射光中不同波长光的相对强度以获得拉曼光谱。
[0017]发明作用与效果
[0018]根据本发明的拉曼散射激发装置，因为具有微金属柱阵列，包括密集排布在虚拟半球内的若干个微金属柱，入射激光垂直照射到每个微金属柱的上表面，使得下表面边缘处激发等离子体波，等离子体波的强度远远高于入射激光，使得入射到样品中的光子能量急剧增强，增强了拉曼效应。
[0019]另外，由于微金属柱的延伸方向与虚拟半球的半径方向一致，每个下表面集中在球心附近区域，使得等离子体波在球心附近区域会聚，产生巨大的电磁场增强作用，导致样品中分子的拉曼散射强度增加，进一步增强了拉曼效应。
【附图说明】
[0020]图1是本发明的拉曼检测仪在实施例中的结构示意图；以及
[0021]图2是本发明的拉曼散射激发装置在实施例中的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]以下参照附图对本发明所涉及的拉曼散射激发方法及装置做详细阐述。
[0023]图1是本发明的拉曼检测仪在实施例中的结构示意图。
[0024]如图1所示，拉曼检测仪20包括光源11、拉曼散射激发装置10和光谱分析仪12。光源11能够提供入射激光，能够发射垂直方向的平行激光束。拉曼散射激发装置10用于激发样品中拉曼散射光。光谱分析仪12用于测量拉曼散射光中不同波长光的相对强度以获得拉曼光谱。
[0025]图2是本发明的拉曼散射激发装置在实施例中的结构示意图。
[0026]如图2所示，拉曼散射激发装置10包括第一透镜1、球面玻璃基板2、微金属柱阵列3、以及透明容纳腔20。
[0027]第一透镜I位于球面玻璃基板2的上方。球面玻璃基板2处在虚拟半球6的球面上。第一透镜I的焦点与虚拟半球6的球心重合，也即与球面玻璃基板2的球心重合。
[0028]微金属柱阵列3包括密集排布在虚拟半球6内的若干个微金属柱31。每个微金属柱31均为圆柱形,直径均为I微米。圆柱形的延伸方向与虚拟半球6的半径方向一致。每个微金属柱31的上表面均固定于球面玻璃基板2的下表面。
[0029]光源11射过来的垂直方向的平行激光束照射到第一透镜I上，经过第一透镜I会聚后，照射到球面玻璃基板2上，射向虚拟半球6的球心。然后，透过球面玻璃基板2，垂直照射到每个微金属柱31的上表面，使得微金属柱31的下表面边缘处激发等离子体波。等离子体波的强度很高，达到入射激光强度的几十或几百倍。在微金属柱直径、材料、间距以及排列方式确定的情况下，等离子体波还