CN109342394B - 一种采用双波长激光的手持式拉曼光谱仪及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种采用双波长激光的手持式拉曼光谱仪及实现方法，涉及光谱检测领域，所述方法包括：设置可发射第一波长激光和第二波长激光的激光器，其中，所述第一波长大于所述第二波长；确定被测样品是否可发出荧光；若确定所述被测样品可发出荧光，则对所述第一波长激光激发所述被测样品而得到的第一拉曼散射光进行分析，确定所述被测样品的成分；若确定所述被测样品不可发出荧光，则对所述第二波长激光激发所述被测样品而得到的第二拉曼散射光进行分析，确定所述被测样品的成分。

Description

一种采用双波长激光的手持式拉曼光谱仪及实现方法

技术领域

本发明实施例涉及光谱检测领域，特别涉及一种采用双波长激光的手持式拉曼光谱仪及实现方法。

背景技术

拉曼光谱检测技术采用激光激发样品的拉曼散射光，并对拉曼散射光进行光谱分析，通过数据库对比分析得到被测样品的成分和含量等信息。由于拉曼光谱检测技术在使用时不需要进行样品前处理，可以在几秒钟内快速得到样品的成分信息，并且具有很高的准确性，因此拉曼光谱检测技术在食品安全检测、药品检测、毒品检测、珠宝鉴定、环境监测等领域得到了越来越多的应用。

随着设备元器件的微型化和集成度的提高，拉曼光谱检测设备的体积不断缩小。目前市场上已出现了多款手持式拉曼光谱仪。手持式拉曼光谱仪体积小巧，操作简单，可以在检测现场对被测样品进行快速准确的检测识别，极大的提高了检测效率。

采用不同波长的激光照射样品时，样品发出的光信号存在一定的差别。一方面，样品发出的拉曼散射光的强度与激光波长的四次方成反比，采用波长越短的激光，样品发出的拉曼散射光的强度越大；但另一方面，很多物质在受到短波长激光照射时，会同时发出拉曼散射光和荧光，而荧光的强度往往大于拉曼散射光的强度，从而对拉曼光谱分析带来严重的干扰，这就需要对于不同物质选择合适波长的激光来进行拉曼光谱检测。

然而，受设备体积的限制，现有的手持式拉曼光谱仪仅使用一种波长的激光器，这个波长的激光激发出被测样品的拉曼散射光后，手持式拉曼光谱仪只能针对该拉曼散射光进行收集和分析处理，对手持式拉曼光谱仪的应用带来一定的限制。因此需要一种能够对不同类型的物质进行拉曼光谱检测的手持式拉曼光谱仪。

发明内容

本发明实施例提供的一种采用双波长激光的手持式拉曼光谱仪及实现方法，实现一种采用双波长激光的手持式拉曼光谱仪，可对不同类型的物质进行拉曼光谱检测。

本发明实施例提供一种采用双波长激光的手持式拉曼光谱仪的实现方法，所述方法包括：

设置可发射第一波长激光和第二波长激光的激光器，其中，所述第一波长大于所述第二波长；

确定被测样品是否可发出荧光；

若确定所述被测样品可发出荧光，则对所述第一波长激光激发所述被测样品而得到的第一拉曼散射光进行分析，确定所述被测样品的成分；

若确定所述被测样品不可发出荧光，则对所述第二波长激光激发所述被测样品而得到的第二拉曼散射光进行分析，确定所述被测样品的成分。

优选地，所述第一波长为785纳米或830纳米或1064纳米，所述第二波长为532纳米。

优选地，所述确定被测样品是否可发出荧光包括：

根据用户输入信息，确定所述被测样品是否可发出荧光。

优选地，所述对所述第二波长激光激发所述被测样品而得到的第二拉曼散射光进行分析，确定所述被测样品的成分包括：

将所述第二波长激光发射至所述被测样品表面，得到所述被测样品表面发射的第二光谱；

接收所述第二光谱期间，滤除所述第二光谱中存在的所述第二波长激光，得到所述第二拉曼散射光；

对所述第二拉曼散射光进行分析，确定所述被测样品的成分。

优选地，所述确定被测样品是否可发出荧光包括：

将所述第二波长激光发射至所述被测样品表面，得到所述被测样品表面发射的第二光谱；

接收所述第二光谱期间，滤除所述第二光谱中存在的所述第二波长激光，得到过滤光谱；

确定所述过滤光谱是荧光和所述第二拉曼散射光的混合光谱或是所述第二拉曼散射光；

若确定所述过滤光谱是所述荧光和所述第二拉曼散射光的混合光谱，则确定被测样品可发出荧光；

若确定所述过滤光谱是所述第二拉曼散射光，则确定所述被测样品不可发出荧光。

优选地，所述确定所述过滤光谱是荧光和所述第二拉曼散射光的混合光谱或是所述第二拉曼散射光包括：

若所述过滤光谱的光谱强度大于预设拉曼散射光光谱强度，则确定所述过滤光谱是荧光和所述第二拉曼散射光的混合光谱，否则确定所述过滤光谱是所述第二拉曼散射光。

优选地，所述对所述第一波长激光激发所述被测样品而得到的第一拉曼散射光进行分析，确定所述被测样品的成分包括：

将所述第一波长激光发射至所述被测样品表面，得到所述被测样品表面发射的第一光谱；

接收所述第一光谱期间，滤除所述第一光谱中存在的所述第一波长激光，得到所述第一拉曼散射光；

对所述第一拉曼散射光进行分析，确定所述被测样品的成分。

优选地，所述第一或第二波长激光依次经由激光窄带滤光片杂光滤除、二向色片反射、光学透镜汇聚后，照射到所述被测样品表面，得到所述被测样品表面发射的第一或第二光谱。

优选地，所述第一或第二光谱经所述光学透镜汇聚后，经由所述二向色片透射至长通滤光片，并经所述长通滤光片滤除所述第一或第二光谱中存在的所述第一或第二波长激光后，得到所述第一或第二拉曼散射光。

本发明实施例提供一种采用双波长激光的手持式拉曼光谱仪，所述手持式拉曼光谱仪包括：

双波长激光器，用于发射第一波长激光和第二波长激光，其中，所述第一波长大于所述第二波长；

荧光确定模块，用于确定被测样品是否可发出荧光；

第一成分检测模块，用于若确定所述被测样品可发出荧光，则对所述第一波长激光激发所述被测样品而得到的第一拉曼散射光进行分析，确定所述被测样品的成分；

第二成分检测模块，用于若确定所述被测样品不可发出荧光，则对所述第二波长激光激发所述被测样品而得到的第二拉曼散射光进行分析，确定所述被测样品的成分。

本发明实施例可实现一种采用双波长激光的手持式拉曼光谱仪，其具有能产生两种波长激光的激光器模块，在保持手持设备较小体积的条件下，能够同时使用两种波长的激光对被测样品进行激发，并对被测样品发出的两种波段的拉曼散射光进行收集和光谱分析处理，弥补现有手持式拉曼光谱仪只能进行一种激光波长的拉曼光谱检测的不足，拓展了手持式拉曼光谱仪的应用范围。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种采用双波长激光的手持式拉曼光谱仪的实现方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种采用双波长激光的手持式拉曼光谱仪的结构示意图；

图3是图2提供的一种采用双波长激光的手持式拉曼光谱仪中的探头模块的结构示意图；

图4a至图4c分别是本发明实施例的一种采用双波长(532纳米 +785纳米)激光的手持式拉曼光谱仪的探头模块中使用的激光窄带滤光片、二向色片、长通滤光片的透射率光谱曲线图；

图5是本发明实施例提供的一种采用双波长激光的手持式拉曼光谱仪示意性结构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明实施例提供的一种采用双波长激光的手持式拉曼光谱仪的实现方法的流程示意图，如图1所示，所述方法可以包括：

步骤S101：设置可发射第一波长激光和第二波长激光的激光器，其中，所述第一波长大于所述第二波长。

其中，所述第一波长可以为785纳米或830纳米或1064纳米，所述第二波长可以为532纳米。

步骤S102：确定被测样品是否可发出荧光。

在一个实施方式中，根据用户输入信息，确定所述被测样品是否可发出荧光，即确定所述被测样品中是否存在可发出荧光的物质。

本实施方式适用于具有一定鉴别经验的用户(或检验人员)，即用户可以依据经验，输入信息，从而使手持式拉曼光谱仪确定被测样品是否可发出荧光。

在另一实施方式中，将所述第二波长激光发射至所述被测样品表面，得到所述被测样品表面发射的第二光谱，并接收所述第二光谱期间，滤除所述第二光谱中存在的所述第二波长激光，得到过滤光谱，然后确定所述过滤光谱是荧光和所述第二拉曼散射光的混合光谱或是所述第二拉曼散射光，若确定所述过滤光谱是所述荧光和所述第二拉曼散射光的混合光谱，说明所述被测样品中存在可发出荧光的物质，此时确定被测样品可发出荧光，若确定所述过滤光谱是所述第二拉曼散射光，说明所述被测样品中不存在可发出荧光的物质，此时确定被测样品不可发出荧光。

在本实施方式中，若所述过滤光谱的光谱强度大于预设拉曼散射光光谱强度，则确定所述过滤光谱是荧光和所述第二拉曼散射光的混合光谱，否则确定所述过滤光谱是所述第二拉曼散射光。

本实施方式适用于用户没有鉴别经验或依据经验无法判断出被测样品被短波长激光激发后是否会发出荧光的场景，即通过短波长激光试探的方式，确定所述被测样品是否可发出荧光。

步骤S103：若确定所述被测样品可发出荧光，则对所述第一波长激光激发所述被测样品而得到的第一拉曼散射光进行分析，确定所述被测样品的成分。

在一个实施方式中，在确定所述被测样品可发出荧光后，可以将所述第一波长激光发射至所述被测样品表面，得到所述被测样品表面发射的第一光谱，并在接收所述第一光谱期间，滤除所述第一光谱中存在的所述第一波长激光，得到所述第一拉曼散射光，然后采用已有的分析方法，对所述第一拉曼散射光进行分析，确定所述被测样品的成分。

步骤S104：若确定所述被测样品不可发出荧光，则对所述第二波长激光激发所述被测样品而得到的第二拉曼散射光进行分析，确定所述被测样品的成分。

在一个实施方式中，如果根据用户输入信息，已确定所述被测样品不可发出荧光，则可以将所述第二波长激光发射至所述被测样品表面，得到所述被测样品表面发射的第二光谱，并在接收所述第二光谱期间，滤除所述第二光谱中存在的所述第二波长激光，得到所述第二拉曼散射光，然后采用已有的分析方法，对所述第二拉曼散射光进行分析，确定所述被测样品的成分。

在另一实施方式中，如果通过短波长激光试探的方式，已确定所述被测样品不可发出荧光，则采用已有的分析方法，可以对短波长激光试探后得到的所述第二拉曼散射光进行分析，确定所述被测样品的成分。

在以上实施方式中，所述第一或第二波长激光依次经由激光窄带滤光片杂光滤除、二向色片反射、光学透镜汇聚后，照射到所述被测样品表面，得到所述被测样品表面发射的第一或第二光谱。

在以上实施方式中，所述第一或第二光谱经所述光学透镜汇聚后，经由所述二向色片透射至长通滤光片，并经所述长通滤光片滤除所述第一或第二光谱中存在的所述第一或第二波长激光后，得到所述第一或第二拉曼散射光。

应当说明的是，所述激光窄带滤光片是对所述第一和第二波长激光均具有较高透过率的滤光片。

应当说明的是，所述二向色片是对所述第一和所述第二波长激光均具有较低透射率且对所述第一和第二拉曼散射光具有较高透射率的滤光片。

应当说明的是，所述长通滤光片是对所述第一和所述第二波长激光均具有较低透射率且对所述第一和第二拉曼散射光具有较高透射率的滤光片。

本发明实施例可在保持手持式拉曼光谱仪较小体积的条件下，采用双波长激光激发被测样品的拉曼光谱信号，避免单一波长激光进行拉曼光谱检测的不足，提升手持式拉曼光谱仪的检测准确性和应用范围。

现有的手持式拉曼光谱仪，由于设备体积的限制，无法像大型拉曼光谱设备那样集成了多个波长的激光器，并有足够大的空间能够对多个波段的拉曼散射光分别进行光谱分析。为了能够采用手持式拉曼光谱仪，实现对不同类型的物质进行拉曼光谱检测，本发明实施例的手持式拉曼光谱仪采用双波长激光。下面结合图2至图4c，对本发明实施例进行详细说明。

图2是本发明实施例提供的一种采用双波长激光的手持式拉曼光谱仪的结构示意图，如图2所示，所述采用双波长激光的手持式拉曼光谱仪包括：激光器模块、探头模块、光谱分析模块和数据处理模块。

所述激光器模块用于发射第一和/或第二波长激光，即能够输出两种波长的激光，以激发被测样品的拉曼散射光，其可以实施为具有第一激光器(发射第一波长激光)和第二激光器(发射第二波长激光) 的模块。

一般，激光波长通常为785纳米、532纳米、830纳米、1064纳米等等，在保持手持设备较小体积的条件下，本发明实施例采用可产生两种波长激光的激光器，第一波长激光的第一波长大于第二波长激光的第二波长，例如所述第一波长可以选择为785纳米或830纳米或 1064纳米，所述第二波长可以选择为532纳米。对于不会产生荧光的物质，选择波长较短的第二波长激光，在较小的激光功率下进行拉曼光谱检测；对于会产生荧光的物质，为了避免荧光的干扰效应，选择波长较长的第一波长激光，并使用较大的激光功率进行拉曼光谱检测。

所述探头模块，其将所述第一和/或第二波长激光照射到被测样品上，并将被测样品受激发而产生的第一和/或第二拉曼散射光送入光谱分析模块，即能够把这两种波长的激光有效的聚焦并照射到被测样品上，并能够有效的收集被测样品发出的两种波段的拉曼散射光。

所述光谱分析模块(或光谱仪)，被配置成接入被测样品在激光照射下产生的拉曼散射光，并生成所述拉曼散射光对应的拉曼光谱数据，在本发明中，被配置成接入被测样品在第一波长激光照射下产生的第一拉曼散射光，并生成所述第一拉曼散射光对应的第一拉曼光谱数据，并被配置成接入被测样品在第二波长激光照射下产生的第二拉曼散射光，并生成所述第二拉曼散射光对应的第二拉曼光谱数据，即能够对两种波段的拉曼散射光进行光谱分析，分别得到两种波段的拉曼散射光的拉曼光谱数据。

所述数据处理模块(或数据处理器，例如中央处理器、数字信号处理器或微处理器等)，被配置成接收来自所述光谱分析模块的拉曼光谱数据，并对所述拉曼光谱数据进行分析，得到被测样品的物质成分信息，在本发明中，被配置成接收来自所述光谱分析模块的第一拉曼光谱数据，并对所述第一拉曼光谱数据进行分析，得到被测样品的物质成分信息，并被配置成接收来自所述光谱分析模块的第二拉曼光谱数据，并对所述第二拉曼光谱数据进行分析，得到被测样品的物质成分信息，即能够对两种波段的拉曼散射光的拉曼光谱数据进行处理，经过算法分析，得到被测样品的物质成分信息。

所述激光器模块、所述探头模块、所述光谱分析模块和所述数据处理模块紧凑的集成在手持式拉曼光谱仪内部，使得整个设备具有较小的、可以手持使用的体积。

图3是图2提供的一种采用双波长激光的手持式拉曼光谱仪中的探头模块的结构示意图，如图3所示。

所述激光器模块是一个能同时输出两种波长激光的小体积激光器，其激光波长是常见的用于拉曼光谱检测的两种激光波长的组合，可以是532纳米+785纳米，也可以是532纳米+830纳米等等。

所述探头模块包含激光窄带滤光片1、二向色片2、长通滤光片3这三片滤光片和一个透镜4。其中，所述激光窄带滤光片1、所述二向色片2、所述长通滤光片3这三片滤光片不只针对一个波长的激光工作，而是可以对两种波长的激光同时工作。具体地说，所述激光窄带滤光片1的作用是过滤除去激光器发出的激光中的杂光，使得纯净的激光照射到二向色片2，即在本发明中，所述激光窄带滤光片1可以同时过滤除去两种波长的激光中的杂光，使得纯净的两种波长的激光照射到二向色片2。所述二向色片2的作用是反射激光，并使得探头收集到的被测样品的拉曼散射光能够透射通过二向色片2，即在本发明中，所述二向色片2能够同时反射两种波长的激光，并使得探头收集到的被测样品的两种波段的拉曼散射光都能够透射通过二向色片2。所述长通滤光片3的作用是过滤除去拉曼散射光中包含的激光信号，即在本发明中，所述长通滤光片3能同时过滤除去两种波段的拉曼散射光中包含的两个波长的激光信号。也就是说，所述第一和/或第二波长激光经所述激光窄带滤光片滤除杂光后照射到所述二向色片，再经所述二向色片反射至所述透镜，由所述透镜汇聚后照射到所述被测样品表面；所述被测样品受激发而产生的所述第一和/或第二拉曼散射光经由所述透镜照射到所述二向色片，再经所述二向色片透射至所述长通滤光片，由所述长通滤光片滤除激光后送入所述光谱分析模块。

所述光谱分析模块可以采用已有的光谱仪，其具有较宽的波段范围，能覆盖两种拉曼散射光的波段，从而得到被测样品在两种波长激光激发出的拉曼散射光的光谱信息(或拉曼光谱数据)。换句话说，普通的拉曼光谱仪由于只需要对某单一激光波长产生的拉曼散射光进行光谱分析，因此其中的光谱分析模块的波段范围就是这个拉曼散射光的波段，比如用532纳米的激光时，激光产生的拉曼散射光的光谱波段通常为535纳米～650纳米；用785纳米的激光时，激光产生的拉曼散射光的光谱波段通常为800纳米～1050纳米。本发明实施例的双波长激光的手持拉曼光谱仪可以对两个激光产生的拉曼散射光同时进行光谱分析，因此光谱分析模块的波段范围覆盖两个波段，比如532纳米+785纳米的双激光手持拉曼光谱仪，其光谱分析模块的波段范围是535纳米～1050纳米，这个较宽的波段包含了532纳米激光的拉曼散射光波段535～650纳米，也包含了785纳米激光的拉曼散射光波段800～1050纳米，因此可以同时对这两个波段的拉曼散射光进行光谱分析。

结合图2和图3，该手持式拉曼光谱仪在工作时，激光器模块输出的两种波长的激光经过探头模块后，照射到被测样品表面，激光激发出样品的两种波段的拉曼散射光。样品的拉曼散射光被探头模块收集后，到达光谱分析模块。光谱分析模块对被测样品的两种波段的拉曼散射光进行光谱分析，并把光谱数据传输到数据处理模块。数据处理模块进行算法对比分析，得到被测样品的物质成分信息。具体地，当激光器模块输出的两种波长的激光照射到探头模块的激光窄带滤光片1时，由于该激光窄带滤光片1在两个激光波长的位置都具有较大的透过率(95％-100％)，而其他波长处的透过率接近零，如图4a 所示，因此可以过滤除去这两种波长的激光中的杂光，得到纯净的两种波长的激光。当经过了激光窄带滤光片1后的两种波长的激光照射到二向色片2时，由于该二向色片2在两个激光波长的位置都具有较低的透射率(接近0-10％)，如图4b所示，因此这两种波长的激光被同时反射到透镜4，并经过透镜4照射在被测样品上，从而激发出被测样品的两种波段的拉曼散射光。当这两种波段的拉曼散射光经过透镜4照射到二向色片2时，由于该二向色片2在这两个拉曼散射光的波段都具有较高的透射率(90％-100％)，如图4b所示，因此这两个波段的拉曼散射光都能透过二向色片2照射到长通滤光片3上。当这两个波段的拉曼散射光照射到长通滤光片3上时，由于该长通滤光片 3在这两个拉曼散射光的波段都具有较高的透射率(90％-100％)，同时在两个激光波长的位置都具有很低的透射率接近0)，如图4c所示，因此可以同时过滤除去两种波段的拉曼散射光中包含的两个波长的激光信号。当过滤除去了两个波长激光的拉曼散射光传输到光谱分析模块时，由于该光谱分析模块具有较宽的波段范围，能覆盖两种拉曼散射光的波段，因此可以对两个波段的拉曼散射光进行光谱分析，得到两个波段的拉曼光谱数据信息。数据处理模块对两个波段的拉曼光谱数据信息进行算法分析处理，能够得到更准确的被测样品的物质成分信息。

本发明实施例的设备可以同时使用两种波长的激光对被测样品进行拉曼光谱检测，可以提高拉曼光谱检测的准确性，并且设备体积小巧，可以手持使用，可拓展手持式拉曼光谱仪的应用范围。

应用实例1

假设采用双波长激光的手持式拉曼光谱仪中的所述激光器模块可以发射波长为532纳米的第二波长激光和波长为785纳米的第一波长激光。

假设用户根据经验，可以确定某一被测样品是否可发出荧光。

所述手持式拉曼光谱仪的工作过程可以如下：

如果确定所述被测样品可发出荧光，则所述激光器模块发出波长为785纳米的第一波长激光，避免产生荧光，所述第一波长激光照射到探头模块的激光窄带滤光片1时，所述激光窄带滤光片1过滤除去第一波长激光中的杂光，使得纯净的第一波长激光照射到二向色片2；所述二向色片2将第一波长激光反射至透镜4，经由透镜4汇聚后照射所述被测样品表面；所述被测样品受第一波长激光激发后，所述被测样品表面发出第一光谱，该第一光谱中包含波段800～1050纳米的第一拉曼散射光和第一波长激光；所述第一光谱经由透镜照射到二向色片2；所述第一光谱透过二向色片2照射至长通滤光片3；所述长通滤光片3过滤除去第一光谱中的第一波长激光，得到第一拉曼散射光，送入光谱分析模块进行光谱分析，以确定被测样品的物质成分。同样地，如果确定所述被测样品不可发出荧光，则所述激光器模块发出波长为532纳米的第二波长激光，所述第二波长激光照射到探头模块的激光窄带滤光片1时，所述激光窄带滤光片1过滤除去第二波长激光中的杂光，使得纯净的第二波长激光照射到二向色片2；所述二向色片2将第二波长激光反射至透镜4，经由透镜4汇聚后照射所述被测样品表面；所述被测样品受第二波长激光激发后，所述被测样品表面发出第二光谱，该第二光谱中包含波段535～650纳米的第二拉曼散射光和第二波长激光；所述第二光谱经由透镜照射到二向色片2；所述第二光谱透过二向色片2照射至长通滤光片3；所述长通滤光片 3过滤除去第二光谱中的第二波长激光，得到第二拉曼散射光，送入光谱分析模块进行光谱分析，以确定被测样品的物质成分。

应用实例2

假设采用双波长激光的手持式拉曼光谱仪中的所述激光器模块可以发射波长为532纳米的第二波长激光和波长为785纳米的第一波长激光。

假设用户根据经验，难以确定某一被测样品是否可发出荧光。

所述手持式拉曼光谱仪的工作过程可以如下：

所述激光器模块发出波长为532纳米的第二波长激光，所述第二波长激光照射到探头模块的激光窄带滤光片1时，所述激光窄带滤光片1过滤除去第二波长激光中的杂光，使得纯净的第二波长激光照射到二向色片2；所述二向色片2将第二波长激光反射至透镜4，经由透镜4汇聚后照射所述被测样品表面；所述被测样品受第二波长激光激发后，所述被测样品表面发出第二光谱，该第二光谱中包含波段 535～650纳米的第二拉曼散射光和第二波长激光，但是否包含荧光是未知的；所述第二光谱经由透镜照射到二向色片2；所述第二光谱透过二向色片2照射至长通滤光片3；所述长通滤光片3过滤除去第二光谱中的第二波长激光，得到过滤光谱，送入光谱分析模块进行光谱分析，若所述过滤光谱的光谱强度大于预设拉曼散射光光谱强度，则确定所述过滤光谱是荧光和所述第二拉曼散射光的混合光谱，说明所述被测样品可发出荧光，否则确定所述过滤光谱是所述第二拉曼散射光，说明所述被测样品不可发出荧光。

如果确定所述被测样品可发出荧光，则所述激光器模块发出波长为785纳米的第一波长激光，避免产生荧光，所述第一波长激光照射到探头模块的激光窄带滤光片1时，所述激光窄带滤光片1过滤除去第一波长激光中的杂光，使得纯净的第一波长激光照射到二向色片2；所述二向色片2将第一波长激光反射至透镜4，经由透镜4汇聚后照射所述被测样品表面；所述被测样品受第一波长激光激发后，所述被测样品表面发出第一光谱，该第一光谱中包含波段800～1050纳米的第一拉曼散射光和第一波长激光；所述第一光谱经由透镜照射到二向色片2；所述第一光谱透过二向色片2照射至长通滤光片3；所述长通滤光片3过滤除去第一光谱中的第一波长激光，得到第一拉曼散射光，送入光谱分析模块进行光谱分析，以确定被测样品的物质成分。

如果确定所述被测样品不可发出荧光，则光谱分析模块可直接对在前得到的所述过滤光谱(即所述第二拉曼散射光)进行光谱分析，以确定被测样品的物质成分。

应用实例3

假设采用双波长激光的手持式拉曼光谱仪中的所述激光器模块可以发射波长为532纳米的第二波长激光和波长为785纳米的第一波长激光。

假设用户根据经验，难以确定某一被测样品是否可发出荧光。

所述手持式拉曼光谱仪的工作过程可以如下：

所述激光器模块同时发出波长为785纳米的第一波长激光和波长为532纳米的第二波长激光，所述第一和第二波长激光照射到探头模块的激光窄带滤光片1时，所述激光窄带滤光片1过滤除去第一和第二波长激光中的杂光，使得纯净的第一和第二波长激光照射到二向色片2；所述二向色片2将第一和第二波长激光反射至透镜4，经由透镜4汇聚后照射所述被测样品表面；所述被测样品受第一和第二波长激光激发后，所述被测样品表面发出第一和第二光谱，该第一光谱中包含波段800～1050纳米的第一拉曼散射光和第一波长激光，该第二光谱中包含波段535～650纳米的第二拉曼散射光和第二波长激光，但是否包含荧光是未知的；所述第一和第二光谱经由透镜照射到二向色片2；所述第一和第二光谱透过二向色片2照射至长通滤光片3；所述长通滤光片3过滤除去第一和第二光谱中的第一和第二波长激光，分别得到第一拉曼散射光和过滤光谱，送入光谱分析模块进行光谱分析，并将光谱分析结果送入数据处理模块进行算法分析处理；若对第一拉曼散射光的分析处理结果与对过滤光谱的分析处理结果一致，说明所述被测样品不可发出荧光，可直接输出分析处理结果，否则说明所述被测样品可发出荧光，此时输出对第一拉曼散射光的分析处理结果。

以上实施例中，对探头模块处理两种波长激光的情况做出说明。在实际应用中，也可以对三种或三种以上波长的激光进行处理。以处理三种波长激光的情况为例，探头模块中的激光窄带滤光片需要对这三个波长具有较大的透过率，而对其他波长的透过率接近零，这样就可以过滤除去激光中的杂光，得的纯净的三种波长的激光。二向色片对这三个波长的激光具有较低的透过率，而对这三个波长激光产生的拉曼散射光的波段具有较高的透过率，因此能够反射激光，并使拉曼散射光透过。长通滤光片也对这三个波长激光具有极低的透过率，而对三个波段的拉曼散射光具有较高的透过率，从而因此能过滤出去三个波段拉曼散射光中的激光波长信号。

在实施过程中，可以在手持式拉曼光谱仪上设置按钮，以便用户手动控制激光器模块发射第一波长激光和第二波长激光中的至少一个激光，也可以在手持式拉曼光谱仪上设置触摸屏，以供用户输入用来指示被测样本是否可以发出荧光的信息，此时可以在手持式拉曼光谱仪中增加一个控制器，与激光器模块和触摸屏配合使用，如果控制器收到用户通过触摸屏输入的指示被测样品可发出荧光的信息时，触发激光器模块发出第一波长激光，如果控制器收到用户通过触摸屏输入的指示被测样品不可发出荧光的信息时，触发激光器模块发出第二波长激光，如果控制器收到用户通过触摸屏输入的指示无法确认被测样品是否发出荧光的信息时，触发激光器模块发出第二波长激光，进行测试，也可以触发激光器模块同时发出第一和第二波长激光。具体实现时包括但不限于以上方式。

图5是本发明实施例提供的一种采用双波长激光的手持式拉曼光谱仪示意性结构框图，如图5所示，所述采用双波长激光的手持式拉曼光谱仪可以包括：双波长激光器51(可实现图2的激光器模块的功能)、荧光确定模块52、第一成分检测模块53和第二成分检测模块54(可实现图2的光谱分析模块和数据处理模块的功能)。

所述双波长激光器51，用于发射第一波长激光和第二波长激光，其中，所述第一波长大于所述第二波长。

其中，所述第一波长可以为785纳米或830纳米或1064纳米，所述第二波长可以为532纳米。

所述荧光确定模块52，用于确定被测样品是否可发出荧光。

在一个实施方式中，所述荧光确定模块52根据用户输入信息，确定所述被测样品是否可发出荧光，即确定所述被测样品中是否存在可发出荧光的物质。

本实施方式适用于具有一定鉴别经验的用户(或检验人员)，即用户可以依据经验，输入信息，从而使手持式拉曼光谱仪确定被测样品是否可发出荧光。

在另一实施方式中，将所述第二波长激光发射至所述被测样品表面，得到所述被测样品表面发射的第二光谱，并接收所述第二光谱期间，滤除所述第二光谱中存在的所述第二波长激光，得到过滤光谱，然后确定所述过滤光谱是荧光和所述第二拉曼散射光的混合光谱或是所述第二拉曼散射光，若所述荧光确定模块52确定所述过滤光谱是所述荧光和所述第二拉曼散射光的混合光谱，说明所述被测样品中存在可发出荧光的物质，此时确定被测样品可发出荧光，若所述荧光确定模块确定所述过滤光谱是所述第二拉曼散射光，说明所述被测样品中不存在可发出荧光的物质，此时确定被测样品不可发出荧光。

在本实施方式中，若所述过滤光谱的光谱强度大于预设拉曼散射光光谱强度，则所述荧光确定模块52确定所述过滤光谱是荧光和所述第二拉曼散射光的混合光谱，否则确定所述过滤光谱是所述第二拉曼散射光。

本实施方式适用于用户没有鉴别经验或依据经验无法判断出被测样品被短波长激光激发后是否会发出荧光的场景，即通过短波长激光试探的方式，确定所述被测样品是否可发出荧光。

所述第一成分检测模块53，用于若确定所述被测样品可发出荧光，则对所述第一波长激光激发所述被测样品而得到的第一拉曼散射光进行分析，确定所述被测样品的成分。

在一个实施方式中，在确定所述被测样品可发出荧光后，可以将所述第一波长激光发射至所述被测样品表面，得到所述被测样品表面发射的第一光谱，并在接收所述第一光谱期间，滤除所述第一光谱中存在的所述第一波长激光，得到所述第一拉曼散射光，然后所述第一成分检测模块53采用已有的分析方法，对所述第一拉曼散射光进行分析，确定所述被测样品的成分。

所述第二成分检测模块54，用于若确定所述被测样品不可发出荧光，则对所述第二波长激光激发所述被测样品而得到的第二拉曼散射光进行分析，确定所述被测样品的成分。

在一个实施方式中，如果根据用户输入信息，已确定所述被测样品不可发出荧光，则可以将所述第二波长激光发射至所述被测样品表面，得到所述被测样品表面发射的第二光谱，并在接收所述第二光谱期间，滤除所述第二光谱中存在的所述第二波长激光，得到所述第二拉曼散射光，然后所述第二成分检测模块54采用已有的分析方法，对所述第二拉曼散射光进行分析，确定所述被测样品的成分。

在另一实施方式中，如果通过短波长激光试探的方式，已确定所述被测样品不可发出荧光，则所述第二成分检测模块54采用已有的分析方法，可以对短波长激光试探后得到的所述第二拉曼散射光进行分析，确定所述被测样品的成分。

在以上实施方式中，所述第一或第二波长激光依次经由激光窄带滤光片杂光滤除、二向色片反射、光学透镜汇聚后，照射到所述被测样品表面，得到所述被测样品表面发射的第一或第二光谱。所述第一或第二光谱经所述光学透镜汇聚后，经由所述二向色片透射至长通滤光片，并经所述长通滤光片滤除所述第一或第二光谱中存在的所述第一或第二波长激光后，得到所述第一或第二拉曼散射光。

在以上实施方式中，所述激光窄带滤光片是对所述第一和第二波长激光均具有较高透过率的滤光片。所述二向色片是对所述第一和所述第二波长激光均具有较低透射率且对所述第一和第二拉曼散射光具有较高透射率的滤光片。所述长通滤光片是对所述第一和所述第二波长激光均具有较低透射率且对所述第一和第二拉曼散射光具有较高透射率的滤光片。

本发明实施例可在保持手持式拉曼光谱仪较小体积的条件下，采用双波长激光激发被测样品的拉曼光谱信号，避免单一波长激光进行拉曼光谱检测的不足，提升手持式拉曼光谱仪的检测准确性和应用范围。

本领域普通技术人员应当可以理解，上文中所公开方法和产品中的全部或某些步骤、装置中的部分功能模块可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在可读介质上，可读介质可以包括存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语存储介质包括在用于存储信息(诸如可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存。

本发明实施例提供的采用双波长激光的手持式拉曼光谱仪，在保持设备体积小巧、能够手持使用的条件下，能够同时使用两种波长的激光对被测样品进行拉曼光谱检测，弥补了现有的手持式拉曼光谱仪只能进行单一波长的拉曼光谱检测的不足。对于具有荧光效应的被测样品，使用两种波长中波长较长的激光，从而避免样品的荧光对拉曼信号的干扰；对于没有荧光效应的被测样品，使用两种波长中波长较短的激光，能够得到样品较强的拉曼光谱信号。也可以同时使用两种波长的激光，对两种波长激光得到的两个波段的拉曼散射光同时进行光谱分析，这样相对于一种激光波长的拉曼光谱分析，也具有更高的检测准确性。这些特点都提升了手持式拉曼光谱仪的实用性能。

尽管上文对本发明实施例进行了详细说明，但是本发明实施例不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明实施例的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明实施例原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种采用双波长激光的手持式拉曼光谱仪的实现方法，其特征在于，所述方法包括：

设置可发射第一波长激光和第二波长激光的激光器，其中，所述第一波长大于所述第二波长；

根据用户输入信息，确定被测样品是否可发出荧光，或者通过短波长激光试探的方式，确定被测样品是否可发出荧光；

若确定所述被测样品可发出荧光，则对所述第一波长激光激发所述被测样品而得到的第一拉曼散射光进行分析，确定所述被测样品的成分；

若确定所述被测样品不可发出荧光，则对所述第二波长激光激发所述被测样品而得到的第二拉曼散射光进行分析，确定所述被测样品的成分；

其中，所述通过短波长激光试探的方式，确定被测样品是否可发出荧光包括：将所述第二波长激光发射至所述被测样品的表面，得到所述被测样品的表面发出的第二光谱，在接收所述第二光谱期间，滤除所述第二光谱中存在的所述第二波长激光，得到过滤光谱，若所述过滤光谱的光谱强度大于预设拉曼散射光光谱强度，则确定所述过滤光谱是荧光和所述第二拉曼散射光的混合光谱，从而确定被测样品可发出荧光，否则确定所述过滤光谱是所述第二拉曼散射光，从而确定所述被测样品不可发出荧光。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一波长为785纳米或830纳米或1064纳米，所述第二波长为532纳米。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当根据用户输入信息，确定被测样品不可发出荧光时，所述对所述第二波长激光激发所述被测样品而得到的第二拉曼散射光进行分析，确定所述被测样品的成分包括：

将所述第二波长激光发射至所述被测样品表面，得到所述被测样品表面发射的第二光谱；

在接收所述第二光谱期间，滤除所述第二光谱中存在的所述第二波长激光，得到所述第二拉曼散射光；

对所述第二拉曼散射光进行分析，确定所述被测样品的成分。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当根据短波长激光试探的方式，确定被测样品不可发出荧光时，所述对所述第二波长激光激发所述被测样品而得到的第二拉曼散射光进行分析，确定所述被测样品的成分包括：

对采用短波长激光试探的方式得到的所述第二拉曼散射光进行分析，确定所述被测样品的成分。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述第一波长激光激发所述被测样品而得到的第一拉曼散射光进行分析，确定所述被测样品的成分包括：

将所述第一波长激光发射至所述被测样品表面，得到所述被测样品表面发射的第一光谱；

接收所述第一光谱期间，滤除所述第一光谱中存在的所述第一波长激光，得到所述第一拉曼散射光；

对所述第一拉曼散射光进行分析，确定所述被测样品的成分。

6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述第一或第二波长激光依次经由激光窄带滤光片杂光滤除、二向色片反射、光学透镜汇聚后，照射到所述被测样品表面，得到所述被测样品表面发射的第一或第二光谱。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一或第二光谱经所述光学透镜汇聚后，经由所述二向色片透射至长通滤光片，并经所述长通滤光片滤除所述第一或第二光谱中存在的所述第一或第二波长激光后，得到所述第一或第二拉曼散射光。

8.一种采用双波长激光的手持式拉曼光谱仪，其特征在于，所述手持式拉曼光谱仪包括：

双波长激光器，用于发射第一波长激光和第二波长激光，其中，所述第一波长大于所述第二波长；

荧光确定模块，用于根据用户输入信息，确定被测样品是否可发出荧光，或者通过短波长激光试探的方式，确定被测样品是否可发出荧光；其中，所述通过短波长激光试探的方式，确定被测样品是否可发出荧光包括，将所述第二波长激光发射至所述被测样品的表面，得到所述被测样品的表面发出的第二光谱，在接收所述第二光谱期间，滤除所述第二光谱中存在的所述第二波长激光，得到过滤光谱，若所述过滤光谱的光谱强度大于预设拉曼散射光光谱强度，则确定所述过滤光谱是荧光和第二拉曼散射光的混合光谱，从而确定被测样品可发出荧光，否则确定所述过滤光谱是第二拉曼散射光，从而确定所述被测样品不可发出荧光；

第一成分检测模块，用于若确定所述被测样品可发出荧光，则对所述第一波长激光激发所述被测样品而得到的第一拉曼散射光进行分析，确定所述被测样品的成分；

第二成分检测模块，用于若确定所述被测样品不可发出荧光，则对所述第二波长激光激发所述被测样品而得到的第二拉曼散射光进行分析，确定所述被测样品的成分。