CN106338501A - 一种自带光源的新型拉曼探头 - Google Patents
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Abstract
一种自带光源的新型拉曼探头，它涉及光学设备技术领域；它包含激光光源、双色镜、会聚透镜、保护窗口、长波通滤光片、输出光纤；双色镜、会聚透镜、保护窗口依次共轴设置构成激发光路，激光光源共轴设置在激发光路的前端，被测样品共轴放置在激发光路的后端；长波通滤光片和输出光纤共轴设置构成收集光路。它采用光源直接封装在探头内部的结构，不需要激光光源的前期光纤耦合，简化了工艺过程，降低了拉曼检测设备的成本，提高了光源的能量利用率，有利于设备的小型化。
Description
技术领域
本发明涉及光学设备技术领域，具体涉及一种自带光源的新型拉曼探头。
背景技术
拉曼效应由印度物理学家拉曼发现，指光波在被散射后频率发生变化的现象。光照射到物质上发生弹性散射和非弹性散射，弹性散射的散射光（瑞利散射光）是与激发光波长相同的成分，非弹性散射的散射光（拉曼散射光）有比激发光波长的成分，也有比激发光波短的成分。拉曼光谱分析方法是对与激发光频率不同的散射光谱进行分析，以得到分子振动、转动方面的信息，并应用于分子结构研究的一种分析方法。散射光频率的变化取决于散射物质的特性，不同原子团振动的方式是唯一的，因此可以产生特定频率的散射光，其光谱就称为“指纹光谱”，可以照此原理鉴别出组成物质的分子种类。因此，拉曼光谱分析被广泛应用于生物、矿物、化学物质的鉴定与检测。基于拉曼光谱分析技术的拉曼光谱仪在食品安全、生物医药、公共安全、材料科学、珠宝鉴定、地质探矿、环境检测等领域具有良好的应用前景。
拉曼探头是拉曼光谱仪的关键器件，用于传导激发光束、收集拉曼光谱。现有的拉曼探头中都不包含激光光源，而是通过光纤与外置激光光源相连接，激光光源一般为光纤耦合输出，两根光纤之间还需要连接器进行耦合对接，结构复杂，且光纤的耦合、对接还会造成额外的光能量损失；同时，作为激光光源的半导体激光器在耦合进光纤之前，需要进行光斑整形聚焦，工艺复杂，成本高昂。此外，激发光经耦合光纤、对接光纤导入探头的过程中，会产生拉曼散射，要消除该部分拉曼散射对探测结果的影响还必须在探头光路中增加相应的滤光片，进一步增加了系统的复杂性。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种自带光源的新型拉曼探头，它采用光源直接封装在探头内部的结构，不需要激光光源的前期光纤耦合，简化了工艺过程，降低了拉曼检测设备的成本，提高了光源的能量利用率，有利于设备的小型化。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：它包含激光光源、双色镜、会聚透镜、保护窗口、长波通滤光片、输出光纤；双色镜、会聚透镜、保护窗口依次共轴设置构成激发光路，激光光源共轴设置在激发光路的前端，被测样品共轴放置在激发光路的后端；长波通滤光片和输出光纤共轴设置构成收集光路,收集光路与激发光路成30-150度夹角设置。
进一步的，所述的激光光源为半导体激光器或能产生激发光的光源。
进一步的，所述的会聚透镜为球面透镜、非球面透镜或球面、非球面透镜组成的镜组；它的作用是将激发光聚焦在被测样品上，反向将拉曼散射光和瑞利散射光收集，并耦合进入输出光纤。
进一步的，所述的保护窗口上镀有对激发光和被测样品产生的拉曼散射光都具有高透过率的增透膜；它的作用是对探头光路进行密封和保护。
进一步的，所述的输出光纤为单根光纤、多根光纤组成的光纤束、1xN分束器或Nx1分束器。
本发明的工作原理是：激光光源产生的激发光依次通过双色镜、会聚透镜和保护窗口，会聚透镜将激发光聚焦于被测样品，被测样品被激发光激发后发生拉曼散射，所产生的拉曼散射光连同瑞利散射光一起反方向透过保护窗口进入探头，由会聚透镜收集，再经过双色镜后，通过长波通滤光片滤除瑞利散射光，所剩的拉曼散射光进入输出光纤。
采用上述结构后，本发明的有益效果为：它不需要激光光源的前期光纤耦合，简化了工艺过程，降低了拉曼检测设备的成本；它采用光源直接封装在探头内部的结构，提高了光源的能量利用率，并减少设备中的器件，进一步简化设备结构，降低成本，且有利于设备的小型化。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是实施例2的结构示意图。
图3是实施例3的结构示意图。
图4是实施例4的结构示意图。
图5是实施例5的结构示意图。
附图标记说明：
101、激光光源；102、双色镜102；103、会聚透镜；104、保护窗口；105、被测样品；106、长波通滤光片；107、输出光纤；108、快轴准直透镜；109、慢轴准直透镜；110、光纤会聚透镜；111、反射镜；112、激发光准直镜。
具体实施方式
实施例1
参看如图1所示，本实施例采用的技术方案是：它包含激光光源101、双色镜102、会聚透镜103、保护窗口104、长波通滤光片106、输出光纤107；双色镜102、会聚透镜103、保护窗口104依次共轴设置构成激发光路，激光光源101共轴设置在激发光路的前端，被测样品105共轴放置在激发光路的后端，双色镜102与激发光路成45度夹角设置；长波通滤光片106和输出光纤107共轴设置构成收集光路,收集光路与激发光路垂直设置。
所述的激光光源101为半导体激光器或能产生激发光的光源。
所述的双色镜102对激发光具有高透过率，对被测样品105产生的拉曼散射光具有高反射率，它在光路中正向透过激发光，背向透过瑞利散射光并反射拉曼散射光。
所述的会聚透镜103为球面透镜、非球面透镜或球面、非球面透镜组成的镜组；它的作用是将激发光聚焦在被测样品105上，反向将拉曼散射光和瑞利散射光收集，并耦合进入输出光纤107。
所述的保护窗口104上镀有对激发光和被测样品产生的拉曼散射光都具有高透过率的增透膜；它的作用是对探头光路进行密封和保护。
所述的输出光纤107为单根光纤、多根光纤组成的光纤束、1xN分束器或Nx1分束器。
本实施例的工作原理是：激光光源101产生的激发光依次通过双色镜102、会聚透镜103和保护窗口104，会聚透镜103将激发光聚焦于被测样品105，被测样品105被激发光激发后发生拉曼散射，所产生的拉曼散射光连同瑞利散射光一起反方向透过保护窗口104进入探头，由会聚透镜103收集，再经过双色镜102后，通过长波通滤光片106滤除瑞利散射光，所剩的拉曼散射光进入输出光纤107。
本实施例的有益效果为：它不需要激光光源的前期光纤耦合，简化了工艺过程，降低了拉曼检测设备的成本；它采用光源直接封装在探头内部的结构，提高了光源的能量利用率，并减少设备中的器件，进一步简化设备结构，降低成本，且有利于设备的小型化。
实施例2
参看如图2所示，本实施例与实施例1的不同之处在于它还包含快轴准直透镜108；快轴准直透镜108同轴设置在激光光源101与双色镜102之间；其它部件和连接方式与实施例1相同。
所述的快轴准直透镜108将具有较大快轴发散角的半导体激光器进行快轴准直，并选用与之相匹配的会聚透镜103，可提高激发光的光能利用率。
实施例3
参看如图3所示，本实施例与实施例2的不同之处在于它还包含慢轴准直透镜109和光纤会聚透镜110；慢轴准直透镜109同轴设置在快轴准直透镜108与双色镜102之间，光纤会聚透镜110同轴设置在长波通滤光片106与输出光纤107之间；其它部件和连接方式与实施例2相同。
所述的慢轴准直透镜109将半导体激光器的慢轴进行准直，进一步提高激发光的光能利用率。
所述光纤会聚透镜110将会聚透镜103收集的拉曼散射光进行会聚，提高拉曼散射光进入输出光纤107的耦合效率。
本实施例的工作原理是：激光光源101产生的激发光依次通过快轴准直透镜108、慢轴准直透镜109、双色镜102、会聚透镜103和保护窗口104，快轴准直透镜108和慢轴准直透镜109将激发光进行准直，会聚透镜103将激发光聚焦于被测样品105，被测样品105被激发光激发后发生拉曼散射，所产生的拉曼散射光连同瑞利散射光一起反方向透过保护窗口104进入探头，由会聚透镜103收集并准直，再经过双色镜102后，通过长波通滤光片106滤除瑞利散射光，所剩的拉曼散射光经由光纤会聚透镜110耦合进入输出光纤107。本实施例适用于快慢轴发散角差异较大的半导体激光器。
实施例4
参看如图4所示，本实施例与实施例3的不同之处在于它还包含反射镜111；反射镜111与双色镜102平行设置，收集光路与激发光路平行设置，反射镜111与收集光路成135度夹角设置；其它部件和连接方式与实施例3相同。它的有益之处在于反射镜能实现光路的折转，有利于减小探头体积。
实施例5
参看如图5所示，本实施例与实施例4的不同之处，在于它将实施例4中的快轴准直透镜108和慢轴准直透镜109替换为激发光准直镜112；其它部件和连接方式与实施例4相同。激发光准直镜112能同时实现快慢轴准直，有利于简化系统结构，尤其适用于TO封装的半导体激光器。
以上所述，仅用于说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种自带光源的新型拉曼探头，其特征在于：它包含激光光源(101)、双色镜(102)、会聚透镜(103)、保护窗口(104)、长波通滤光片(106)、输出光纤(107)；双色镜(102)、会聚透镜(103)、保护窗口(104)依次共轴设置构成激发光路，激光光源(101)共轴设置在激发光路的前端，被测样品(105)共轴放置在激发光路的后端；长波通滤光片(106)和输出光纤(107)共轴设置构成收集光路,收集光路与激发光路成30-150度夹角设置。
2.根据权利要求1所述的一种自带光源的新型拉曼探头，其特征在于它还包含快轴准直透镜(108)；快轴准直透镜(108)同轴设置在激光光源(101)与双色镜(102)之间。
3.根据权利要求2所述的一种自带光源的新型拉曼探头，其特征在于它还包含慢轴准直透镜(109)和光纤会聚透镜(110)；慢轴准直透镜(109)同轴设置在快轴准直透镜(108)与双色镜(102)之间，光纤会聚透镜(110)同轴设置在长波通滤光片(106)与输出光纤(107)之间。
4.根据权利要求3所述的一种自带光源的新型拉曼探头，其特征在于它还包含反射镜(111)；反射镜111设于激发光路与收集光路之间。
5.根据权利要求4所述的一种自带光源的新型拉曼探头，其特征在于它将快轴准直透镜(108)和慢轴准直透镜(109)替换为激发光准直镜(112)。
6.根据权利要求1所述的一种自带光源的新型拉曼探头，其特征在于所述的激光光源(101)为半导体激光器。
7.根据权利要求1所述的一种自带光源的新型拉曼探头，其特征在于所述的保护窗口(104)上镀有增透膜。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170118 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |