CN107014803A - 一种拉曼光谱检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种拉曼光谱检测装置，所述装置包括：激发激光器、窄带干涉滤光片、功率衰减滤光片、辐射状偏振光发生器、反射镜、瑞利滤光片、显微镜头、拉曼增强基底、共聚焦针孔和接收光谱仪。采用所述辐射状偏振光发生器将所述激发激光器产生的圆柱形光束转化为定向辐射状偏振激光，所述定向辐射状偏振激光经过所述拉曼增强基底的散射后产生定向分布的定向拉曼散射光，绝大部分的所述定向拉曼散射光能够被所述显微镜头接收，使得散射光的接收强度相较于漫散射光的接收强度增加102～104倍，提高了拉曼散射光的接收效率，增加了拉曼检测的灵敏度。

Description

一种拉曼光谱检测装置
技术领域
本发明涉及光谱检测技术领域，特别是涉及一种拉曼光谱检测装置。
背景技术
拉曼检测是一种快速发展的光谱检测手段，广泛运用于化学、材料、考古、鉴伪、刑侦等领域。拉曼散射的机理，简单地说，便是一束激光，照射在待测样品上，然后待测样品散射出拉曼散射光，拉曼散射光被探测器接收并进行信号处理。由于拉曼散射本身的信号很弱，并且拉曼散射光散射的方向包含了空间中的所有方向，在通常情况下，通过探测器来接收散射光时，只能接收到散射光的一小部分，对散射光的接收效率很低。
加强激光的强度能够成比例地增强拉曼信号的强度，但是，这种方法通常不可行，因为过高的激光强度将会严重损伤样品，导致拉曼光谱不稳定，甚至完全无法使用。因此，急需提出一种在不损伤样品的前提下能够增加拉曼散射光接收效率的装置，以增加拉曼检测的灵敏度。
发明内容
本发明的目的是提供一种拉曼光谱检测装置，以实现在不损伤样品的情况下增加拉曼散射光的接收效率，增加拉曼检测的灵敏度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种拉曼光谱检测装置，所述装置包括：
激发激光器、窄带干涉滤光片、功率衰减滤光片、辐射状偏振光发生器、反射镜、瑞利滤光片、显微镜头、拉曼增强基底、共聚焦针孔和接收光谱仪；
所述激发激光器产生圆柱形光束；所述圆柱形光束通过所述窄带干涉滤光片滤去背景光和杂散光线，得到高纯净波长的激发光束；所述高纯净波长的激发光束经所述功率衰减滤光片衰减，获得功率调整后的激发光束；所述功率调整后的激发光束经过所述辐射状偏振光发生器后产生辐射状偏振激光；所述辐射状偏振激光依次经过所述反射镜和所述瑞利滤光片的反射后，通过所述显微镜头入射在所述拉曼增强基底上，经过所述拉曼增强基底的散射产生定向分布的定向瑞利散射光和定向拉曼散射光的混合光束；所述定向瑞利散射光和定向拉曼散射光的混合光束经过所述显微镜头照射到所述瑞利滤光片表面，通过所述瑞利滤光片滤去所述定向瑞利散射光，得到所述定向拉曼散射光；所述定向拉曼散射光经过所述共聚焦针孔后被所述接收光谱仪接收。
可选的，所述激发激光器发出的激光为圆柱形光束，所述圆柱形光束的波长范围为266-1064nm。
可选的，所述辐射状偏振光发生器由锥角相同的两组锥形棱镜构成；所述两组锥形棱镜分别为凹锥形棱镜和凸锥形棱镜；所述锥形棱镜的材料为普通光学玻璃或石英光学玻璃；所述锥形棱镜的锥面上镀制有多层膜系；所述多层膜系由具有高折射率的多层高折射率膜和具有低折射率的多层低折射率膜交叉重叠构成。
可选的，所述高折射率膜的材料为五氧化二钽、二氧化钛或氧化锆中的一种；所述低折射率膜的材料为二氧化硅、一氧化硅、氧化铝或氟化镁中的一种。
可选的，所述辐射状偏振光发生器为圆形液晶盒或圆形拼接膜测量装置；所述圆形拼接膜测量装置由圆形拼接膜和两组平行光放大透镜组构成；所述圆形拼接膜由多块扇形有机透明偏振薄膜拼接而成；每块所述扇形有机透明偏振薄膜的透光轴为所述扇形的对称轴。
可选的，所述显微镜头为数值孔径大于0.9的短焦距显微镜头。
可选的，所述拉曼增强基底包括被测样品和增强基底；所述增强基底为单个纳米粒子，或为二、三、四个所述纳米粒子以纳米间距构成的聚合体，或为所述纳米粒子的二维、三维周期性结构，或为所述聚合体的二维、三维周期性结构。
可选的，所述纳米粒子为金纳米粒子或银纳米粒子；所述纳米粒子的大小为10-100nm，所述纳米间距为0-20nm。
可选的，所述共聚焦针孔用于定位所述被测样品的深度和范围。
可选的，所述接收光谱仪包括狭缝、分光光栅和CCD图像传感器；所述定向拉曼散射光依次经过所述狭缝和所述分光光栅后产生拉曼光谱，所述拉曼光谱被所述CCD图像传感器接收并转化为数字信号，获得拉曼光谱检测信号。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
1、采用辐射状偏振光发生器将激发激光器产生的圆柱形光束转化为定向辐射状偏振激光，所述定向辐射状偏振激光经过所述拉曼增强基底的散射后产生定向分布的定向拉曼散射光，绝大部分的所述定向拉曼散射光能够被所述显微镜头接收，使得散射光的接收强度相较于漫散射光的接收强度增加102～104倍，大大提高了拉曼散射光的接收效率，增加了拉曼检测的灵敏度。
2、采用辐射状偏振光发生器将激发激光器产生的圆柱形光束转化为定向辐射状偏振激光的过程中，由于大部分极方向偏振光被过滤，所以照射到被测样品上的光束的总强度降低了。因此，可以通过增加入射激光的强度，使经过辐射状偏振光发生器过滤后的光束的强度恢复到含有极方向偏振光的光束的强度水平，此时，该光束的强度和之前的圆柱形光束强度相同，故该光束对被测样品的光损伤不会增加，但接收拉曼散射光的效率大大上升，在不损伤样品的情况下增加了拉曼散射光的接收效率，进而增加了拉曼检测的灵敏度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例拉曼光谱检测装置的结构示意图；
图2为辐射状偏振光与极方向偏振光的示意图；
图3为本发明辐射状偏振光发生器实施方式一锥形棱镜结构的剖面图；
图4为本发明辐射状偏振光发生器实施方式三圆形拼接膜测量装置的侧视图；
图5为本发明辐射状偏振光发生器实施方式三中圆形拼接膜结构的结构示意图；
图6为本发明辐射状偏振光的散射示意图；
图7为本发明辐射状偏振光的散射光被显微镜接收过程的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种拉曼光谱检测装置。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例拉曼光谱检测装置的结构示意图。
如图1所示的一种拉曼光谱检测装置，所述装置包括：激发激光器101、窄带干涉滤光片102、功率衰减滤光片103、辐射状偏振光发生器104、反射镜105、瑞利滤光片106、显微镜头107、拉曼增强基底108、共聚焦针孔109和接收光谱仪110。
由所述激发激光器101产生圆柱形光束，所述圆柱形光束为常规偏振光束或非偏振光束，波长范围为266-1064nm。
所述圆柱形光束通过所述窄带干涉滤光片102滤去背景光和杂散光线，得到高纯净波长的激发光束。
所述高纯净波长的激发光束经所述功率衰减滤光片103衰减，获得功率调整后的激发光束。用户可自行通过拉曼光谱检测软件设定所述功率衰减滤光片103的衰减率，使所述激发光束成为能量合适的圆柱形激光。
所述功率调整后的激发光束经过所述辐射状偏振光发生器104后产生辐射状偏振激光。
激光是一种圆柱形的光束。在圆柱形光束光波的传播中，常规偏振激光的偏振方向垂直于传播方向，包括线偏振光、圆偏振光或椭圆偏振光，每一时刻只出现一个方向的偏振方向。而有两种偏振光有较为独特的偏振性质，一种叫辐射状偏振光，这类偏振光的偏振方向通过圆平面的圆心；一种叫极方向偏振光，这类偏振光的偏振方向不通过圆平面的圆心，但与圆的直径垂直。
图2为辐射状偏振光与极方向偏振光的示意图，辐射状与极方向偏振光的偏振方向如图2所示，在每一时刻有众多个偏振方向。
图2中的箭头为光的偏振方向。图2(a)所示为辐射状偏振光，图2(b)所示为极方向偏振光。本发明所述的辐射状偏振光发生器104产生的就是图2(a)所示的辐射状偏振激光。
下面提供三种所述辐射状偏振光发生器104的具体实施方式，显然，本文所描述的实施方式仅仅是本发明所述辐射状偏振光发生器104的一部分实施方式，基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有能够产生辐射状偏振激光的其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
作为所述辐射状偏振光发生器104的第一种实施方式，本发明所述的辐射状偏振光发生器104由锥角相同的两组锥形棱镜构成。两组所述锥形棱镜分别为凹锥形棱镜301和凸锥形棱镜302。所述锥形棱镜的材料为普通光学玻璃或石英光学玻璃。所述锥形棱镜的锥面上镀制有多层膜系。所述多层膜系由具有高折射率的多层高折射率膜和具有低折射率的多层低折射率膜交叉重叠构成。所述高折射率膜的材料为五氧化二钽、二氧化钛或氧化锆中的一种。所述低折射率膜的材料为二氧化硅、一氧化硅、氧化铝或氟化镁中的一种。
当所述功率调整后的激发光束以布儒斯特角入射到所述凹锥形棱镜301的一个剖面的锥线上时，经过所述多层膜系后，所述功率调整后的激发光束中垂直于入射剖面的偏振光全部被反射，平行于所述入射剖面的偏振光全部折射进入所述凸锥形棱镜302；所述凹锥形棱镜301的所述剖面的上、下两个所述锥线上得到两个振动方向相反的偏振光分量，一个所述近圆柱光束所有剖面产生的所述偏振光分量构成所述辐射状偏振激光。
具体地，图3为本发明辐射状偏振光发生器实施方式一锥形棱镜结构的剖面图。如图3所示的辐射状偏振光发生器104，由锥角相同的两组锥形棱镜构成。所述两组锥形棱镜分别为凹锥形棱镜301和凸锥形棱镜302。所述锥形棱镜的材料为普通光学玻璃或石英光学玻璃。所述锥形棱镜的锥面上镀制有多层膜系303。所述多层膜系303由具有高折射率的多层高折射率膜和具有低折射率的多层低折射率膜交叉重叠构成。
所述锥形棱镜的锥面上镀制的多层膜系303中，所述高折射率膜的折射率为nH，所述低折射率膜的折射率为nL。所述激发激光器101产生的圆柱形激光光束的波长为λ。则所述高折射率膜的厚度dH由下式(1)获得：
nHdHcosθH＝λ/4 (1)
其中，nH为所述高折射率膜的折射率，dH为所述高折射率膜的厚度，θH为所述激光光束在所述高折射率膜层中的折射角。
所述低折射率膜的厚度dL由下式(2)获得：
nLdLcosθL＝λ/4 (2)
其中，nL为所述低折射率膜的折射率，dL为所述低折射率膜的厚度，θL为所述激光光束在所述低折射率膜层中的折射角。
所述高折射率膜的材料为五氧化二钽、二氧化钛或氧化锆中的一种。所述低折射率膜的材料为二氧化硅、一氧化硅、氧化铝或氟化镁中的一种。所述多层膜系由具有高折射率的多层高折射率膜和具有低折射率的多层低折射率膜交叉重叠构成，其中所述高折射率膜的设置层数大于5层，所述低折射率膜的设置层数也大于5层。所述多层高折射率膜和所述多层低折射率膜交叉重叠构成是指，其中的每层所述高折射率膜和每层所述低折射率膜交叉间隔镀制。
如图3所示的辐射状偏振光发生器104中，所述锥形棱镜的顶角为2θG，所述锥形棱镜的轴线与所述圆柱形激光光束的光轴重合。所述锥形棱镜的半顶角θG和布儒斯特角θB互补。布儒斯特角θB通过下式(3)获得：
tanθB＝θH/θL (3)
如图3所示为所述辐射状偏振光发生器104的一个剖面，图3中的箭头方向为光线的传播方向。当所述圆柱形光束以(90°-θB)的角度入射到所述凹锥形棱镜301的一个剖面的锥线上时，经过折射率为nH和nL的高低折射率膜构成的所述多层膜系303后，所述圆柱形光束中偏振光的s分量，即垂直于这个剖面(即入射面)的偏振光全被反射出光路，而偏振光的p分量，即平行于这个剖面(即入射面)的偏振光全部折射进入所述凸锥形棱镜，上、下两个锥线得到两个振动方向相反的p分量，所以一个所述圆柱形光束所有剖面的p分量偏振光就构成了径向的所述辐射状偏振光。
所述圆柱形光束通过所述凹锥形棱镜301和所述凸锥形棱镜302后，能过滤大部分的极方向偏振光，获得辐射状偏振光。
作为所述辐射状偏振光发生器104的第二种实施方式，所述辐射状偏振光发生器104还可以是圆形液晶盒，所述圆形液晶盒也能够产生所述辐射状偏振激光。
图4为本发明辐射状偏振光发生器实施方式三圆形拼接膜测量装置的侧视图。作为所述辐射状偏振光发生器104的第三种实施方式，所述辐射状偏振光发生器104为图4所示的一种圆形拼接膜测量装置，图4为所述圆形拼接膜测量装置的侧视图。
如图4所示，所述圆形拼接膜测量装置由圆形拼接膜401和两组平行光放大透镜组402构成。图4中的直线表示光线。本实施例中的所述平行光放大透镜组402包括第一透镜403和第二透镜404。第一透镜403和第二透镜404的焦距不同。第一透镜403和第二透镜404用于放大所述圆柱形光束，所述第一透镜403和第二透镜404的焦距相差N倍，所述圆柱形光束就被放大N倍。可以根据实际需要调整所述平行光放大透镜组402中透镜的数量和焦距。
图5为本发明辐射状偏振光发生器实施方式三中圆形拼接膜结构的结构示意图。图5中的箭头方向为光的偏振方向。如图5所示，所述圆形拼接膜401由多块扇形有机透明偏振薄膜501拼接而成。每块所述扇形有机透明偏振薄膜501的透光轴为所述扇形的对称轴。每块所述扇形有机透明偏振薄膜501在所述透光轴方向产生线性偏振光，多块扇形有机透明偏振薄膜501拼接而成的所述圆形拼接膜401就能够产生所述辐射状偏振激光。
具体地，所述有机透明偏振薄膜501能产生线性偏振光，且只允许在一个特定平面内振动的光通过，这个振动方向称为偏振器的透光轴。将有机透明偏振薄膜切成透光轴为扇形对称轴的小扇形，将n(n大于等于8)个这样的小扇形拼接成圆，就得到所述辐射状偏振光发生器104。所述圆柱形光束通过如图4所示的圆形拼接膜测量装置时，可得到所述辐射状偏振光。
所述辐射状偏振激光依次经过所述反射镜105和所述瑞利滤光片106的反射后，通过所述显微镜头107入射在所述拉曼增强基底108上，经过所述拉曼增强基底108的散射产生定向分布的定向瑞利散射光和定向拉曼散射光的混合光束。
所述反射镜105的位置和数量根据光路需要进行调整。
所述显微镜头107为数值孔径大于0.9的短焦距显微镜头。
所述拉曼增强基底108中包含被测样品和增强基底；所述增强基底为单个纳米粒子，或为二、三、四个所述纳米粒子以纳米间距构成的聚合体，或为所述纳米粒子的二维、三维周期性结构，或为所述聚合体的二维、三维周期性结构。所述纳米粒子为金纳米粒子或银纳米粒子；所述纳米粒子的大小为10-100nm，所述纳米间距为0-20nm。
所述定向瑞利散射光和定向拉曼散射光的混合光束经过所述显微镜头107照射到所述瑞利滤光片106表面，通过所述瑞利滤光片106滤去所述定向瑞利散射光，得到所述定向拉曼散射光。
所述定向拉曼散射光经过所述共聚焦针孔109后被所述接收光谱仪110接收。
所述共聚焦针孔109用于定位所述被测样品的深度和范围。
如图1所示，所述接收光谱仪110包括狭缝111、分光光栅112和CCD图像传感器113。
所述定向拉曼散射光依次经过所述狭缝111和所述分光光栅112后产生拉曼光谱，所述拉曼光谱被所述CCD图像传感器113接收并转化为数字信号，获得拉曼光谱检测信号。
本发明所述的拉曼光谱检测装置还包括电脑，所述电脑中安装有拉曼光谱检测软件。所述拉曼光谱检测软件接收所述拉曼光谱检测信号，将所述拉曼光谱检测信号转化为拉曼光谱并显示。
所述拉曼光谱检测软件，其特点为能控制本发明所述拉曼光谱检测装置的测量步骤，具有对所述被测样品的被测面进行对焦、调整所述共聚焦针孔109的孔径大小、自动进行所述分光光栅112的选择、自动切换所述功率衰减滤光片103以及数据显示等功能。
下面以由锥角相同的两组锥形棱镜构成的所述辐射状偏振光发生器104为例，介绍采用本发明所述的拉曼光谱检测装置进行拉曼检测的完整过程。
从所述激发激光器101发射出圆柱形光束，通过所述窄带干涉滤光片102去除杂散光，然后通过用户通过拉曼光谱检测软件设定所述功率衰减滤光片103的衰减率，使所述圆柱形光束成为能量合适的圆柱形激光，然后，通过所述辐射状偏振光发生器104产生所述辐射状偏振光。
本实施例中的所述辐射状偏振光发生器104由锥角相同的两组锥形棱镜构成，所述辐射状偏振光发生器104的结构如图3所示。所述两组锥形棱镜分别为凹锥形棱镜301和凸锥形棱镜302。所述锥形棱镜的材料为光学玻璃或石英玻璃。所述锥形棱镜的锥面上镀制有多层膜系。所述多层膜系由具有高折射率的多层高折射率膜和具有低折射率的多层低折射率膜交叉重叠构成。
本实施例中，所述高折射率膜的材料为五氧化二钽，五氧化二钽的折射率nH为2.1，所述低折射率膜的材料为二氧化硅，二氧化硅的折射率nL为1.46。图3中的箭头方向为光线的传播方向。如图3所示，所述圆柱形光束发出的平行光入射到凹锥形棱镜301的锥面上，与锥面的夹角为34.8度，即入射角为55.2度。根据入射角和五氧化二钽的折射率nH可求出光束在五氧化二钽膜层中的折射角θH，根据入射角和二氧化硅的折射率nL可求出光束在二氧化硅膜层中的折射角θL。然后根据式(3)可求得布儒斯特角θB为55.2度。
根据图3所示的结构示意图，当非偏振圆柱平行激光入射时，若要平行光相对锥面以布儒斯特角入射，那么平行光与锥面的夹角为34.8度，即锥形的半顶角θG为34.8度，顶角2θG为69.6度。当激光通过如图3所示的棱镜结构之后，大部分的极方向反射光被该结构过滤，无法通过；而辐射状偏振光则大部分被保留，得到辐射状偏振光。
光束通过所述辐射状偏振光发生器104之后，经过所述反射镜105构成的光路系统，被所述瑞利滤光片106反射，进入所述显微镜头107并入射在包含有被测样品和金粒子或银粒子的所述拉曼增强基底108上。本发明中含有金粒子或银粒子的所述拉曼增强基底108中的纳米粒子大小为10-100nm，纳米间距为0-20nm。
光束入射到包含有被测样品和增强基底的所述拉曼增强基底108上时，光首先照射到所述增强基底上并被散射至所述被测样品上，再被被测样品反射回金或银粒子等构成的所述增强基底上，再被散射回所述显微镜头107进行接收，产生了两次表面等离子体共振增强效应，使其拥有很优秀的增强效果，比未采用所述增强基底的情况下光效率增强了106～108倍，能够用来探测浓度为ppb级别的痕量样品。
而辐射状偏振光有着独特的性质使其能够进一步增加所述拉曼检测装置的散射光利用效率和性能。当所述辐射状偏振光在照射在金或银粒子上发生表面等离子体共振时，形成的散射光将全部以特定角度射出。在所述拉曼检测装置的实验中，当采用本实施例的五氧化二钽和二氧化硅构成的所述辐射状偏振光发生器104时，测得该特定角度为45度左右，如图6所示。图6为本发明所述辐射状偏振光的散射示意图，图6中的箭头方向为散射光线的传播方向，当所述辐射状偏振激光入射到包含被测样品的所述拉曼增强基底108上时，经过所述拉曼增强基底108的散射产生定向分布的定向瑞利散射光和定向拉曼散射光的混合光束，所述混合光束全部以特定角度射出，本实施例中该特定角度为45度左右。
图7为本发明辐射状偏振光的散射光被显微镜接收过程的示意图。如前所述，所述拉曼增强基底108能够散射产生定向分布的定向瑞利散射光和定向拉曼散射光的混合光束，所述混合光束全部以特定角度射出。当使用短焦距显微镜107接收时，可以接收到绝大部分的特定角度出射的所述混合光束。所述短焦距显微镜107的数值孔径和所述短焦距显微镜107与所述拉曼增强基底108的距离根据所述特定角度的不同进行调整，保证所述短焦距显微镜107可以接收到绝大部分的特定角度出射的所述混合光束。
并且，在采用所述辐射状偏振光发生器104将所述激发激光器101产生的圆柱形光束转化为定向辐射状偏振激光的过程中，由于极方向偏振光被大部分过滤，照射到所述被测样品上的圆柱光束的总强度降低了。因此，可以通过增加入射激光的强度，使过滤后圆柱光束的强度恢复到含有极方向偏振光的圆柱光柱的水平，此时，该光束的强度和之前的混合光束相同，故该光束对样品的光损伤不会增加，但接收散射光的效率大大上升。当使用数值孔径NA＝1.3的100X短焦距显微镜头时，可以接收到所有的散射光，如图7所示，图7中箭头方向为光线入射和散射的方向。通过显微镜107出射的拉曼散射光由原来的漫散射光转成定向散射光，散射光的强度增加102-104倍，便于耦合到后续的光谱仪或探测器上，从而提高被检测的拉曼信号强度。因此，本发明所述的拉曼检测装置通过使用所述辐射状偏振光发生器104产生的辐射状偏振光，有效增强了拉曼光谱的探测灵敏度。
随后，所述激光被显微镜107接收后，再次通过所述瑞利滤光片106，其中，频率未发生变化的瑞利散射光被所述瑞利滤光片106过滤，留下频率发生变化的拉曼散射光，通过之后的光路系统，由分光光栅分光，并照射在CCD上，将信号转化为数字信号，并在本发明的拉曼光谱检测软件中显示成为增强拉曼光谱。而使用该光谱能获得待测物质的各种成分信息，完成对物质的拉曼检测。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种拉曼光谱检测装置，其特征在于，包括：激发激光器、窄带干涉滤光片、功率衰减滤光片、辐射状偏振光发生器、反射镜、瑞利滤光片、显微镜头、拉曼增强基底、共聚焦针孔和接收光谱仪；
所述激发激光器产生圆柱形光束；所述圆柱形光束通过所述窄带干涉滤光片滤去背景光和杂散光线，得到高纯净波长的激发光束；所述高纯净波长的激发光束经所述功率衰减滤光片衰减，获得功率调整后的激发光束；所述功率调整后的激发光束经过所述辐射状偏振光发生器后产生辐射状偏振激光；所述辐射状偏振激光依次经过所述反射镜和所述瑞利滤光片的反射后，通过所述显微镜头入射在所述拉曼增强基底上，经过所述拉曼增强基底的散射产生定向分布的定向瑞利散射光和定向拉曼散射光的混合光束；所述定向瑞利散射光和定向拉曼散射光的混合光束经过所述显微镜头照射到所述瑞利滤光片表面，通过所述瑞利滤光片滤去所述定向瑞利散射光，得到所述定向拉曼散射光；所述定向拉曼散射光经过所述共聚焦针孔后被所述接收光谱仪接收。
2.如权利要求1所述的拉曼光谱检测装置，其特征在于，所述激发激光器发出的激光为圆柱形光束，波长范围为266-1064nm。
3.如权利要求1所述的拉曼光谱检测装置，其特征在于，所述辐射状偏振光发生器由锥角相同的两组锥形棱镜构成；所述两组锥形棱镜分别为凹锥形棱镜和凸锥形棱镜；所述锥形棱镜的材料为光学玻璃或石英玻璃；所述锥形棱镜的锥面上镀制有多层膜系；所述多层膜系由具有高折射率的多层高折射率膜和具有低折射率的多层低折射率膜交叉重叠构成。
4.如权利要求3所述的拉曼光谱检测装置，其特征在于，所述高折射率膜的材料为五氧化二钽、二氧化钛或氧化锆中的一种；所述低折射率膜的材料为二氧化硅、一氧化硅、氧化铝或氟化镁中的一种。
5.如权利要求1所述的拉曼光谱检测装置，其特征在于，所述辐射状偏振光发生器为圆形液晶盒或圆形拼接膜测量装置；所述圆形拼接膜测量装置由圆形拼接膜和两组平行光放大透镜组构成；所述圆形拼接膜由多块扇形有机透明偏振薄膜拼接而成；每块所述扇形有机透明偏振薄膜的透光轴为所述扇形的对称轴。
6.如权利要求1所述的拉曼光谱检测装置，其特征在于，所述显微镜头为数值孔径大于0.9的短焦距显微镜头。
7.如权利要求1所述的拉曼光谱检测装置，其特征在于，所述拉曼增强基底包括被测样品和增强基底；所述增强基底为单个纳米粒子，或为二、三、四个所述纳米粒子以纳米间距构成的聚合体，或为所述纳米粒子的二维、三维周期性结构，或为所述聚合体的二维、三维周期性结构。
8.如权利要求7所述的拉曼光谱检测装置，其特征在于，所述纳米粒子为金纳米粒子或银纳米粒子；所述纳米粒子的大小为10-100nm，所述纳米间距为0-20nm。
9.如权利要求7所述的拉曼光谱检测装置，其特征在于，所述共聚焦针孔用于定位所述被测样品的深度和范围。
10.如权利要求1所述的拉曼光谱检测装置，其特征在于，所述接收光谱仪包括狭缝、分光光栅和CCD图像传感器；所述定向拉曼散射光依次经过所述狭缝和所述分光光栅后产生拉曼光谱，所述拉曼光谱被所述CCD图像传感器接收并转化为数字信号，获得拉曼光谱检测信号。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107462566A (zh) * 2017-08-11 2017-12-12 上海合森生物科技有限公司 用于检测特定窄波数范围的拉曼光谱仪
CN108459011A (zh) * 2018-07-12 2018-08-28 吉林大学 一种基于激光拉曼和瑞利散射的气体摩尔分数测量方法
CN109115747A (zh) * 2018-09-12 2019-01-01 广州医科大学 基于拉曼光谱和oct测定玻璃材料性质的系统与方法
CN109916875A (zh) * 2017-12-13 2019-06-21 安菲克斯(北京)仪器有限公司 一种激光共焦拉曼光谱仪及其光路处理方法
CN113924473A (zh) * 2019-05-28 2022-01-11 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 检测拉曼散射光的方法、设备及系统
CN114062346A (zh) * 2021-11-08 2022-02-18 吉林大学 一种原位高压激光加热系统
CN117976251A (zh) * 2024-04-02 2024-05-03 陕西星环聚能科技有限公司 等离子体的检测光传输组件、系统及核聚变反应系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100328674A1 (en) * 2007-12-11 2010-12-30 Lofti Berguiga High-resolution surface plasmon microscope with heterodyne interferometry in radial polarization mode
JP2012073413A (ja) * 2010-09-29 2012-04-12 Kyocera Kinseki Corp 偏光変換素子及び偏光変換素子の製造方法
CN103884703A (zh) * 2014-03-10 2014-06-25 北京理工大学 分光瞳激光差动共焦布里渊-拉曼光谱测量方法及装置
CN103940799A (zh) * 2014-03-10 2014-07-23 北京理工大学 激光双轴共焦布里渊-拉曼光谱测量方法与装置
CN104102015A (zh) * 2013-04-09 2014-10-15 深圳市大族激光科技股份有限公司 一种径向偏振光产生装置及激光加工系统
CN106353298A (zh) * 2016-08-15 2017-01-25 中国计量大学 一种拉曼光谱仪
CN106645083A (zh) * 2016-11-18 2017-05-10 吉林大学 一种可变激发角的集成化等离子体增强拉曼光谱检测装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100328674A1 (en) * 2007-12-11 2010-12-30 Lofti Berguiga High-resolution surface plasmon microscope with heterodyne interferometry in radial polarization mode
JP2012073413A (ja) * 2010-09-29 2012-04-12 Kyocera Kinseki Corp 偏光変換素子及び偏光変換素子の製造方法
CN104102015A (zh) * 2013-04-09 2014-10-15 深圳市大族激光科技股份有限公司 一种径向偏振光产生装置及激光加工系统
CN103884703A (zh) * 2014-03-10 2014-06-25 北京理工大学 分光瞳激光差动共焦布里渊-拉曼光谱测量方法及装置
CN103940799A (zh) * 2014-03-10 2014-07-23 北京理工大学 激光双轴共焦布里渊-拉曼光谱测量方法与装置
CN106353298A (zh) * 2016-08-15 2017-01-25 中国计量大学 一种拉曼光谱仪
CN106645083A (zh) * 2016-11-18 2017-05-10 吉林大学 一种可变激发角的集成化等离子体增强拉曼光谱检测装置

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LUPING DU 等: "Tightly Focused Radially Polarized Beam for Propagating Surface Plasmon-Assisted Gap-Mode Raman Spectroscopy", 《PLASMONICS》 *
刘仕锋: "拉曼光谱原理及硬件", 《百度文库》 *
宗正月: "液晶空间光调制器在涡旋光束和矢量光束合成中的应用研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 *
沈军峰: "基于表面等离激元光镊系统的动态Gap结构SERS技术研究", 《中国博士学位论文全文数据库 基础科学辑》 *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107462566A (zh) * 2017-08-11 2017-12-12 上海合森生物科技有限公司 用于检测特定窄波数范围的拉曼光谱仪
CN107462566B (zh) * 2017-08-11 2023-10-31 上海氘峰医疗科技有限公司 用于检测特定窄波数范围的拉曼光谱仪
CN109916875A (zh) * 2017-12-13 2019-06-21 安菲克斯(北京)仪器有限公司 一种激光共焦拉曼光谱仪及其光路处理方法
CN109916875B (zh) * 2017-12-13 2023-07-25 安菲克斯(北京)仪器有限公司 一种激光共焦拉曼光谱仪及其光路处理方法
CN108459011A (zh) * 2018-07-12 2018-08-28 吉林大学 一种基于激光拉曼和瑞利散射的气体摩尔分数测量方法
CN108459011B (zh) * 2018-07-12 2020-06-30 吉林大学 一种基于激光拉曼和瑞利散射的气体摩尔分数测量方法
CN109115747A (zh) * 2018-09-12 2019-01-01 广州医科大学 基于拉曼光谱和oct测定玻璃材料性质的系统与方法
CN113924473A (zh) * 2019-05-28 2022-01-11 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 检测拉曼散射光的方法、设备及系统
CN113924473B (zh) * 2019-05-28 2024-03-01 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 检测拉曼散射光的方法、设备及系统
CN114062346A (zh) * 2021-11-08 2022-02-18 吉林大学 一种原位高压激光加热系统
CN114062346B (zh) * 2021-11-08 2024-03-26 吉林大学 一种原位高压激光加热系统
CN117976251A (zh) * 2024-04-02 2024-05-03 陕西星环聚能科技有限公司 等离子体的检测光传输组件、系统及核聚变反应系统

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