CN104614363A - 一种基于液芯波导的拉曼光谱测试系统 - Google Patents

Abstract

一种基于液芯波导的拉曼光谱测试系统，涉及光谱检测技术领域，所解决的是提高检测灵敏度的技术问题。该系统包括光栅光谱仪、激光光源、光收发探头、液芯波导样品池；所述光收发探头包括拉曼激发光光纤头、光源侧准直透镜、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜、窄带滤光片、第一长通滤光片、第二长通滤光片、第三长通滤光片、全反射镜、拉曼接收光纤头；所述液芯波导样品池包括密封室，及内置于密封室内的液芯波导管，密封室上具有一个与液芯波导管的一端管口正对的检测窗。本发明提供的系统，能用于检测低微浓度样品。

Description

一种基于液芯波导的拉曼光谱测试系统

技术领域

本发明涉及光谱检测技术，特别是涉及一种基于液芯波导的拉曼光谱测试系统的技术。

背景技术

入射光子将电子激发到一个高能的虚态（virtual state），电子随即退激发到一个低能态，发出散射光子。若电子的初态与末态的能级相同，那么散射光子与入射光子能量相等，称为瑞利散射；而电子初态与末态能级不同，那么散射光子与入射光子能量相异，称为拉曼散射。末态能级高于初始能级时，为斯托克斯拉曼散射；末态能级低于初始能级时，为反斯托克斯散射。斯托克斯和反斯托克斯散射的强度比率取决于处于基态或激发振动态的分子数量，可用Bolzmann方程计算。电子在通常温度范围内，最可能处于其最低的能态，因而斯托克斯散射比反斯托克斯散射更加常见，拉曼光谱仪一般仅测量斯托克斯拉曼散射。拉曼光谱是一种振动谱形式，即能量跃迁产生于分子的振动。因为振动与官能团（functional group）相关，当跃迁能量描绘成谱图时，可用来识别分子。

现有拉曼光谱测量系统一般包括激光光源、光收发探头、光谱仪，其中的激光光源作为拉曼信号的激发光源，被光收发探头的透镜聚焦后照射到被测样品表面，光收发探头是对激发光进行滤波、聚焦，并对拉曼信号光进行收集、滤波，然后传输到光谱仪，光谱仪用来色散拉曼信号光，探测不同波长处的拉曼信号强度。

现有拉曼光谱测量系统中，激发光是聚焦后照射到被测样品的，是单点激发拉曼信号，绝大部分的激发光都被锐利散射掉，没有充分利用，而且激发光聚焦成点照射到样品表面，所产生的拉曼信号光以激发光照射点为中心向四周辐射，而探头的拉曼光收集系统受限于其透镜的NA和工作距离限制，只能收集很小的一个范围角内的拉曼辐射信号，因此使本就比较微弱的拉曼信号更加微弱，难于探测；因此，激发光与样品的作用距离较短，拉曼信号的产出效率及收集效率都较低，使系统检测灵敏度较差，难以检测低微浓度样品。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种拉曼信号的产出效率及收集效率高，因而系统检测灵敏度高，能用于检测低微浓度样品的基于液芯波导的拉曼光谱测试系统。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种基于液芯波导的拉曼光谱测试系统，包括光栅光谱仪、激光光源、光收发探头；

所述光收发探头包括拉曼激发光光纤头、光源侧准直透镜、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜、窄带滤光片、第一长通滤光片、第二长通滤光片、第三长通滤光片、全反射镜、拉曼接收光纤头；

其特征在于：还包括液芯波导样品池；

所述液芯波导样品池包括密封室，及内置于密封室内的液芯波导管，密封室上具有一个与液芯波导管的一端管口正对的检测窗，液芯波导管正对检测窗的一端为液芯波导管的检测端；

该系统具有两条光路，其中的一条光路为激发光路，另一条光路为检测光路；

其中的激发光路的光路结构为：从激光光源出发，依次经拉曼激发光光纤头、光源侧准直透镜、窄带滤光片、第一长通滤光片、第一聚焦透镜、密封室的检测窗，到达液芯波导管的检测端；

其中的检测光路的光路结构为：从液芯波导管的检测端出发，依次经密封室的检测窗、第一聚焦透镜、第一长通滤光片、第二长通滤光片、全反射镜、第三长通滤光片、第二聚焦透镜、拉曼接收光纤头，到达光栅光谱仪。

进一步的，所述密封室上开设有连通液芯波导管管腔的注液口、出液口、抽气口。

进一步的，所述光收发探头内装有用于吸收残余拉曼激发光的激发光吸收片。

本发明提供的基于液芯波导的拉曼光谱测试系统，利用液芯波导管提高了激发光与样品的作用距离，使激发光在光波导内持续与样品作用，提高了激发光的利用效率，有效提高了拉曼信号的产出效率，激发的拉曼信号在液芯波导管内叠加增强，并通过液芯波导管输出，显著提高了激发拉曼信号的收集效率，有效提高了系统检测的灵敏度，使以往较难探测的拉曼信号很容易检测，能用于检测低微浓度样品。

附图说明

图1是本发明实施例的基于液芯波导的拉曼光谱测试系统的结构示意图；

图2是本发明实施例的基于液芯波导的拉曼光谱测试系统中的光收发探头的结构示意图；

图3是本发明实施例的基于液芯波导的拉曼光谱测试系统中的液芯波导样品池的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

如图1-图3所示，本发明实施例所提供的一种基于液芯波导的拉曼光谱测试系统，包括光栅光谱仪1、激光光源4、光收发探头2；

所述光收发探头2包括拉曼激发光光纤头221、光源侧准直透镜210、第一聚焦透镜211、第二聚焦透镜212、窄带滤光片240、第一长通滤光片231、第二长通滤光片232、第三长通滤光片233、全反射镜250、拉曼接收光纤头222；

其特征在于：还包括液芯波导样品池3；

所述液芯波导样品池包括密封室36，及内置于密封室内的液芯波导管33，密封室36上具有一个与液芯波导管33的一端管口正对的检测窗31，且在密封室上开设有连通液芯波导管管腔的注液口32、出液口34、抽气口35，液芯波导管33正对检测窗31的一端为液芯波导管33的检测端；

该系统具有两条光路，其中的一条光路为激发光路，另一条光路为检测光路；

其中的激发光路的光路结构为：从激光光源4出发，依次经拉曼激发光光纤头221、光源侧准直透镜210、窄带滤光片240、第一长通滤光片231、第一聚焦透镜211、密封室的检测窗31，到达液芯波导管33的检测端；

其中的检测光路的光路结构为：从液芯波导管33的检测端出发，依次经密封室的检测窗31、第一聚焦透镜211、第一长通滤光片231、第二长通滤光片232、全反射镜250、第三长通滤光片233、第二聚焦透镜212、拉曼接收光纤头222，到达光栅光谱仪1。

本发明实施例中，所述光收发探头2内装有用于吸收残余拉曼激发光的激发光吸收片260，以降低系统的杂散光。

本发明实施例中，所述检测窗31是能供激发光和拉曼信号光穿过的蓝宝石镜片。

本发明实施例中，所述光栅光谱仪1、激光光源4、液芯波导管33均为现有技术；光栅光谱仪是一种光谱分析设备，能将通过光纤输入的拉曼信号光按照波长进行强度分析，给出拉曼信号光的谱图数据；液芯波导管由特氟龙材料制成，其折射率极低，只有1.29，当液体（比如水，折射率为1.33）充满液芯波导管时，由于液体的折射率大于液芯波导管的折射率，当光进入液芯波导管后会发生全反射，液芯波导管形成光波导，使光可以在液芯波导管内向前传输，同时液芯波导管还有一大特性，它可以使氮气、氧气、二氧化碳、氢气等透过管壁，而不能透过液体；激光光源是一种窄线宽激光器，它能发射特定波长的激光（如532nm和785nm的激光），该激光作为拉曼信号的激发光通过光纤传输到光收发探头，光收发探头内经过滤波、反射，聚焦到液芯波导管。

本发明实施例的工作原理如下：

在密封室的抽气口35接上抽气泵，将被测样品送入密封室的注液口32，并利用抽气泵抽走液芯波导33内的空气，使被测样品经由注液口32进入液芯波导管，充满液芯波导管及其与检测窗31之间的空隙；

激光光源发射的激光通过光纤进入光收发探头，激光进入光收发探头后，先由光源侧准直透镜210校准为准直的平行光束，再由窄带滤光片240滤除边模及经过光纤色散后的杂散光，再通过第一长通滤光片231反射后，光路转折90度沿平行于第一聚焦透镜211光轴的方向，依次穿过第一聚焦透镜211、密封室的检测窗31后，激发光聚焦于液芯波导管33的检测端，并入射进液芯波导管33，再沿液芯波导管33朝向液芯波导管33的另一端传输，激发光在液芯波导管33内传输的过程中不断产生拉曼信号光，拉曼信号光也同时朝向液芯波导管33的两端传输；与激发光反向的拉曼信号光依次透过密封室的检测窗31、第一聚焦透镜211后，被第一聚焦透镜211校准为准直的平行光束，然后依次经过第一长通滤光片231、第二长通滤光片232，残余的激发光被第一长通滤光片231、第二长通滤光片232反射转折90度后由激发光吸收片260吸收，而拉曼信号光可以径直穿过第一长通滤光片231、第二长通滤光片232到达全反射镜250，再由全反射镜250转折90度后依次先穿过第三长通滤光片233，再由第二聚焦透镜212聚焦后入射进入拉曼接收光纤头222，然后经光纤传输进入光栅光谱仪1，得到拉曼光谱信号谱图。

Claims (3)

1.一种基于液芯波导的拉曼光谱测试系统，包括光栅光谱仪、激光光源、光收发探头；

所述光收发探头包括拉曼激发光光纤头、光源侧准直透镜、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜、窄带滤光片、第一长通滤光片、第二长通滤光片、第三长通滤光片、全反射镜、拉曼接收光纤头；

其特征在于：还包括液芯波导样品池；

所述液芯波导样品池包括密封室，及内置于密封室内的液芯波导管，密封室上具有一个与液芯波导管的一端管口正对的检测窗，液芯波导管正对检测窗的一端为液芯波导管的检测端；

该系统具有两条光路，其中的一条光路为激发光路，另一条光路为检测光路；

其中的激发光路的光路结构为：从激光光源出发，依次经拉曼激发光光纤头、光源侧准直透镜、窄带滤光片、第一长通滤光片、第一聚焦透镜、密封室的检测窗，到达液芯波导管的检测端；

其中的检测光路的光路结构为：从液芯波导管的检测端出发，依次经密封室的检测窗、第一聚焦透镜、第一长通滤光片、第二长通滤光片、全反射镜、第三长通滤光片、第二聚焦透镜、拉曼接收光纤头，到达光栅光谱仪。

2.根据权利要求1所述的基于液芯波导的拉曼光谱测试系统，其特征在于：所述密封室上开设有连通液芯波导管管腔的注液口、出液口、抽气口。

3.根据权利要求1所述的基于液芯波导的拉曼光谱测试系统，其特征在于：所述光收发探头内装有用于吸收残余拉曼激发光的激发光吸收片。