CN100567963C - 显微拉曼谱仪与近红外光谱仪的联合测试系统 - Google Patents
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Abstract
一种显微拉曼谱仪与近红外光谱仪的联合测试系统，包括：可见光显微拉曼光谱仪，该谱仪包括了样品平台和工作在可见光范围的探测器；反射镜位于可见光显微拉曼光谱仪的光路上；透镜位于反射镜折射的光路上；三维调节架位于透镜的光路上；多模石英光纤的一端固定在三维调节架上；近红外光谱仪与多模石英光纤的另一端连接。反射镜将从可见光显微拉曼光谱仪样品平台上样品发出的荧光信号偏离原方向，荧光信号经过透镜会聚后准确地入射到位置由三维调节架精密地调整的多模石英光纤内芯，多模石英光纤随之将信号传输到近红外光谱仪进行荧光光谱测量。
Description
技术领域
本发明涉及光谱分析技术领域，特别是一种显微拉曼谱仪与近红外光谱仪的联合测试系统。
背景技术
拉曼散射是光与物质非弹性散射的一种现象，基于这一现象的拉曼光谱仪是现代重要的光谱分析技术，已经在固体物理、半导体物理、催化、表面、生物化学、材料表征和宝石鉴定等领域得到广泛的应用，凭借它可获得许多有关物质结构的重要信息。与中子散射等其它实验手段相比较，拉曼散射具有诸多优点，例如，对样品无损伤，所需样品极少，并可以利用显微光路系统对样品进行微区检测和成像测试，实验装置简便等，因而日益受到科研工作者的重视。
作为一种常规的测试仪器，很多国内单位都够买了显微拉曼谱仪。通常情况下，测试拉曼光谱的显微拉曼谱仪是工作在可见光光波段范围的。随着材料制备技术和光通讯技术的发展，很多近红外光波段材料被制备出来，如氮化铟，锑化镓，砷化铟，锑化铟，锗等半导体材料以及它们的低维纳米结构材料和三元化合物材料，又例如直径比较大，发光在近红外波段的碳纳米管材料和一些稀土掺杂的半导体材料。为了取得高信噪比的光谱，最好测试显微发光谱。如果能把可见光显微拉曼谱仪的显微测试功能扩展到近红外波段，将促进相关近红外材料的研究工作。在近红外波段，拉曼信号非常弱。一个比较好的表征近红外材料的方法就是用可见光显微拉曼谱仪测试这些材料的拉曼光谱，而用近红外光谱仪测试它们的近红外光致发光谱。但是，对于一些成分不均匀的材料或一些纳米结构，在两谱仪上测试的光谱往往不是同一点的，这就为同时用拉曼光谱和近红外发光光谱表征这些材料带来一定的困难。能否充分利用可见光显微拉曼谱仪的显微功能来同时测量近红外材料的显微拉曼和近红外显微发光光谱呢？
发明内容
本发明的目的在于提供一种显微拉曼谱仪与近红外光谱仪的联合测试系统，利用这套系统，可以非常方便地把可见光显微拉曼谱仪和近红外发光光谱仪的相关功能结合起来。利用可见光显微拉曼谱仪的显微功能和扫描功能，可以在同一样品点分别测量材料的显微拉曼光谱和近红外显微发光光谱。
本发明一种显微拉曼谱仪与近红外光谱仪的联合测试系统，其特征在于，该系统包括：
可见光显微拉曼光谱仪，该谱仪包括了样品平台和工作在可见光范围的探测器；
反射镜，该反射镜位于可见光显微拉曼光谱仪的光路上；
透镜，该透镜位于反射镜折射的光路上；
三维调节架，该三维调节架位于透镜的光路上；
多模石英光纤，该多模石英光纤的一端固定在三维调节架上；
近红外光谱仪，该近红外光谱仪与多模石英光纤的另一端连接；
反射镜将从可见光显微拉曼光谱仪样品平台上样品发出的荧光信号偏离原方向，荧光信号经过透镜会聚后准确地入射到位置由三维调节架精密地调整的多模石英光纤内芯，多模石英光纤随之将信号传输到近红外光谱仪进行荧光光谱测量。
其中反射镜镀有金膜或铝膜，以提高近红外信号的反射率。
其中单独使用可见光显微拉曼光谱仪时，反射镜必须移离光路，以保证拉曼信号的通过。
其中可见光显微拉曼光谱仪的样品平台为二维自动平台或普通的样品平台。
其中可见光显微拉曼光谱仪配备有一工作在近红外波段的显微物镜。
其中三维调节架上有光纤适配器。
其中光纤适配器用来把多模石英光纤固定在三维调节架上。
本发明的显微拉曼谱仪与近红外光谱仪的联合测试系统，可应用到拉曼光谱和光致发光光谱的测试中去。
附图说明
为进一步说明本发明的内容及特点，以下结合附图及实施例对本发明作一详细的描述，其中：
图1是显微拉曼谱仪与近红外光谱仪的联合测试系统的结构简图。
图2是三维调节架XYZ和多模石英光纤FB以及它们的固定装置的照片。
图3是利用联合测试系统所测试的量子点微腔同一样品点的显微拉曼光谱和显微发光光谱。
图4是利用近红外发光谱仪测试的量子点微腔的近红外发光光谱。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明一种显微拉曼谱仪与近红外光谱仪的联合测试系统，该系统包括：
可见光显微拉曼光谱仪RS，该谱仪包括了样品平台SP和工作在可见光范围的探测器GD，该可见光显微拉曼光谱仪RS的样品平台SP为二维自动平台或普通的样品平台，该可见光显微拉曼光谱仪RS配备有一工作在近红外波段的显微物镜；
反射镜RF，该反射镜RF位于可见光显微拉曼光谱仪RS的光路上，该反射镜RF镀有金膜或铝膜，以提高近红外信号的反射率；
透镜LNS，该透镜LNS位于反射镜RF折射的光路上；
三维调节架XYZ，该三维调节架XYZ位于透镜LNS的光路上，该三维调节架XYZ上有光纤适配器，该光纤适配器用来把多模石英光纤FB固定在三维调节架XYZ上；
多模石英光纤FB，该多模石英光纤FB的一端固定在三维调节架XYZ上；
近红外光谱仪IR，该近红外光谱仪IR与多模石英光纤FB的另一端连接；
反射镜RF将从可见光显微拉曼光谱仪RS样品平台SP上样品发出的荧光信号偏离原方向，荧光信号经过透镜LNS会聚后准确地入射到位置由三维调节架XYZ精密地调整的多模石英光纤FB内芯，多模石英光纤FB随之将信号传输到近红外光谱仪IR进行荧光光谱测量。
请再参阅图1所示，本发明显微拉曼谱仪与近红外光谱仪的联合测试系统，该系统包括：
一可见光显微拉曼光谱仪RS，配备有二维自动平台或普通的样品平台，和一工作在近红外波段的显微物镜；
一镀有铝膜或金膜的反射镜RF；
一透镜LNS，收集荧光信号并把信号会聚到多模石英光纤FB；
一三维调节架XYZ；
一固定在三维调节架XYZ上的多模石英光纤FB；
一近红外光谱仪IR。
可见光显微拉曼光谱仪RS和近红外光谱仪IR是这套显微拉曼谱仪与近红外光谱仪的联合测试系统的主要组成部分。我们在可见光显微拉曼光谱仪的信号光路(图1中的虚线)中插入一镀有金膜或铝膜的反射镜RF，把信号反射到另一方向。透镜LNS把反射的信号光聚焦到固定在三维调节架XYZ上的多模石英光纤FB上。通过调节三维调节架XYZ，使得聚焦的信号光会聚到多模石英光纤FB的内芯。多模石英光纤FB然后把信号传输到近红外光谱仪IR来测试样品的显微近红外光致发光谱。把反射镜RF移走，就可以测试同一样品点的可见光显微拉曼光谱。我们设计的三维调节架XYZ和多模石英光纤FB以及它们的固定装置的照片如图2所示。
作为一个实例，我们利用该系统测量了一生长在上下两组高反射率分布式布拉格发生器(各16层镓砷/铝砷多量子阱)中心的量子点的量子点微腔样品的光学性质。利用图1的联合系统，我们先测了633纳米激光激发的量子点微腔的拉曼谱，如图3(a)所示。由于633纳米激光的穿透深度比较浅，我们只测到了上分布式布拉格发生器的镓砷/铝砷多量子阱的拉曼信号，其中位于293厘米倒数是镓砷量子阱的纵光学声子模，而位于403厘米倒数是铝砷量子阱的纵光学声子模。当我们把反射镜RF放置在图1的光路中，通过透镜LNS把信号光引入光纤，再联接到近红外光谱仪上后，我们测了量子点微腔同一样品点的近红外光致发光谱，如图3(b)所示，其中870纳米的发光峰来源于镓砷量子阱的带边发射，而1050纳米附近的发光峰来源于量子点微腔里量子点电子态基态的荧光发射。
我们单独用近红外光谱仪测试了量子点微腔样品的光致发光谱，同样采用633纳米的激光激发样品，发光谱如图4所示。比较图3(b)和图4，我们可以看出两发光谱非常相似，发光峰强度的细微差别是光纤对不同波长的信号光具有不同的透过率所致。
以上实例说明我们设计的这套显微拉曼谱仪与近红外光谱仪的联合测试系统具有一非常显著的特点，就是利用该系统，我们可以在可见波段和近红外波段分别测量同一样品点的拉曼光谱和近红外发光光谱，同时在测试近红外光致发光谱时可以充分利用显微拉曼光谱仪的很多功能，例如共焦，成像和显微等功能。
Claims (4)
1、一种显微拉曼谱仪与近红外光谱仪的联合测试系统，其特征在于，该系统包括：
可见光显微拉曼光谱仪，该谱仪包括了样品平台和工作在可见光范围的探测器；
反射镜，该反射镜位于可见光显微拉曼光谱仪的光路上，在单独使用可见光显微拉曼光谱仪时，反射镜必须移离光路，以保证拉曼信号的通过；
透镜，该透镜位于反射镜折射的光路上；
三维调节架，该三维调节架位于透镜的光路上；
多模石英光纤，该多模石英光纤的一端固定在三维调节架上；
近红外光谱仪，该近红外光谱仪与多模石英光纤的另一端连接；
反射镜将从可见光显微拉曼光谱仪样品平台上样品发出的荧光信号偏离原方向，荧光信号经过透镜会聚后准确地入射到位置由三维调节架精密地调整的多模石英光纤内芯，多模石英光纤随之将信号传输到近红外光谱仪进行荧光光谱测量。
2.根据权利要求1所述的显微拉曼谱仪与近红外光谱仪的联合测试系统，其特征在于，其中反射镜镀有金膜或铝膜，以提高近红外信号的反射率。
3.根据权利要求1所述的显微拉曼谱仪与近红外光谱仪的联合测试系统，其特征在于，其中可见光显微拉曼光谱仪配备有一工作在近红外波段的显微物镜。
4.根据权利要求1所述的显微拉曼谱仪与近红外光谱仪的联合测试系统，其特征在于，其中三维调节架上有光纤适配器。
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