CN111413314A - 一种基于贝塞尔光的便携式拉曼光谱仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于贝塞尔光的便携式拉曼光谱仪，包括激光器、贝塞尔光生成模块、样本台、拉曼信号收集模块和光谱仪，其中，激光器，用于通过传输光纤或空间自由光方式发射高斯光束；贝塞尔光生成模块，用于将激光器发射的高斯光束转换成贝塞尔光束，并将贝塞尔光束照射到样本上激发出瑞利散射信号和拉曼散射信号；样本台，用于放置样本，样本被所述贝塞尔光束照射后激发出瑞利散射信号和拉曼散射信号；拉曼信号收集模块，用于收集样本透射的瑞利散射信号和拉曼散射信号，并滤除瑞利散射信号，保留拉曼散射信号，耦合拉曼散射信号到光谱仪；光谱仪，用于接收拉曼信号收集模块收集的拉曼散射信号。本发明的模块化设计，使安装和携带更加方便。

Description

一种基于贝塞尔光的便携式拉曼光谱仪

技术领域

本发明属于拉曼光谱技术领域，具体涉及一种基于贝塞尔光的便携式拉曼光谱仪。

背景技术

拉曼光谱是分子的振动光谱，不同的物质是由不同的化学结构组成，反映在拉曼光谱上就是不同的物质有着不同的拉曼光谱曲线，如世界上没有两个人的指纹是完全相同的，不同的物质的拉曼光谱是不尽相同的。拉曼光谱技术分析样品时的光源为一定频率的单色光，单色光入射到介质中会产生两种不同的散射过程，其中一种散射光的频率与入射光频率相同，称为瑞利散射光；另一种散射光频率与入射光频率不同，成为拉曼散射光，拉曼光谱技术用其中频率发生变化的散射光来分析物质结构，该技术目前应用于生物医学、药物化学、刑事调查、材料科学、食品安全和环境监测等领域。

传统的拉曼光谱仪需要放置于特定的环境中使用，避免环境光或其他干扰光源的影响，而且需要采用高斯光束进行扩束照射到样本上采集信号，由于高斯光束在自由空间传播会发生衍射的本质以及镜头的影响，使拉曼光谱仪仅能聚焦到样品表面进行分析。

传统的拉曼检测技术主要存在两方面的问题，一是结构复杂，组装繁琐，不易携带；二是拉曼光谱仪不能很好的进行厚透明样本、弱散射样本和毫米级厚度散射样本的深层分析和鉴定。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于贝塞尔光的便携式拉曼光谱仪。

本发明的一个实施例提供了一种基于贝塞尔光的便携式拉曼光谱仪，包括激光器、贝塞尔光生成模块、样本台、拉曼信号收集模块和光谱仪，其中，

所述激光器，用于通过传输光纤或空间自由光方式发射高斯光束；

所述贝塞尔光生成模块，将所述激光器发射的所述高斯光束转换成贝塞尔光束，并将所述贝塞尔光束照射到样本；

所述样本台，用于放置样本，所述样本被所述贝塞尔光束照射后激发出所述瑞利散射信号和所述拉曼散射信号；

所述拉曼信号收集模块，用于收集所述样本透射的所述瑞利散射信号和所述拉曼散射信号，并滤除所述瑞利散射信号，保留所述拉曼散射信号，耦合所述拉曼散射信号到所述光谱仪；

所述光谱仪，用于接收所述拉曼信号收集模块收集的所述拉曼散射信号。

本发明的一个实施例中，所述贝塞尔光生成模块包括第一光束质量优化模块、第一反射镜和第一贝塞尔光生成模块，所述第一光束质量优化模块和所述第一反射镜沿所述激光器发射的第一高斯光束的光路依次设置，所述第一贝塞尔光生成模块沿所述第一反射镜的反射方向设置，其中，

所述第一光束质量优化模块，用于将所述激光器发射的所述第一高斯光束进行空间滤波、光谱滤波和扩束得到第一优化光束；

所述第一反射镜，用于将所述第一优化光束反射到所述第一贝塞尔光生成模块上；

所述第一贝塞尔光生成模块，用于将反射到所述第一贝塞尔光生成模块上的所述第一优化光束转换成第一贝塞尔光束，所述第一贝塞尔光束照射到所述样本上激发出第一瑞利散射信号和第一拉曼散射信号。

本发明的一个实施例中，所述拉曼信号收集模块包括第一会聚透镜、第二反射镜、第一滤波模块和第一耦合透镜，所述第一会聚透镜和所述第二反射镜沿所述第一瑞利散射信号和所述第一拉曼散射信号的光路依次设置，所述第一滤波模块和所述第一耦合透镜沿所述第二反射镜反射的所述第一瑞利散射信号和所述第一拉曼散射信号的光路依次设置，其中，

所述第一会聚透镜，用于会聚所述样本透射的所述第一瑞利散射信号和所述第一拉曼散射信号到所述第二反射镜上；

所述第二反射镜，用于将会聚到所述第二反射镜上的所述第一瑞利散射信号和所述第一拉曼散射信号反射到所述第一滤波模块上；

所述第一滤波模块，用于滤除反射到所述第一滤波模块上的所述第一瑞利散射信号，并保留所述第一拉曼散射信号；

所述第一耦合透镜，用于耦合所述第一拉曼散射信号到所述光谱仪。

本发明的一个实施例中，所述贝塞尔光生成模块包括第二光束质量优化模块和第二贝塞尔光生成模块，所述第二光束质量优化模块和所述第二贝塞尔光生成模块沿所述激光器发射的第二高斯光束的光路依次设置，其中，

所述第二光束质量优化模块，用于将所述激光器发射的所述第二高斯光束进行空间滤波、光谱滤波和扩束得到第二优化光束；

所述第二贝塞尔光生成模块，用于将所述第二优化光束转换成第二贝塞尔光束，所述第二贝塞尔光束照射到样本上激发出第二瑞利散射信号和第二拉曼散射信号。

本发明的一个实施例中，所述拉曼信号收集模块包括第二会聚透镜、第三反射镜、第二滤波模块和第二耦合透镜，所述第二会聚透镜和所述第三反射镜沿所述第二瑞利散射信号和所述第二拉曼散射信号的光路依次设置，所述第二滤波模块和所述第二耦合透镜沿所述第三反射镜的反射方向依次设置，其中，

所述第二会聚透镜，用于会聚所述样本透射的所述第二瑞利散射信号和所述第二拉曼散射信号到所述第三反射镜；

所述第三反射镜，用于将所述第二会聚透镜会聚的所述第二瑞利散射信号和所述第二拉曼散射信号反射到所述第二滤波模块上；

所述第二滤波模块，用于滤除所述第三反射镜反射的所述第二瑞利散射信号，并保留所述第二拉曼散射信号；

所述第二耦合透镜，用于耦合所述第二拉曼散射信号到所述光谱仪。

在本发明的一个实施例中，所述贝塞尔光生成模块包括第三耦合透镜和光纤模块，所述第三耦合透镜和所述光纤模块沿所述激光器发射的第三高斯光束的光路依次设置，其中，

所述第三耦合透镜，用于将所述激光器发射的所述第三高斯光束进行耦合得到第四高斯光束；

所述光纤模块，用于将所述第四高斯光束转换成第三贝塞尔光束，所述第三贝塞尔光束照射到样本上激发出第三瑞利散射信号和第三拉曼散射信号。

在本发明的一个实施例中，所述拉曼信号收集模块包括第三会聚透镜、第四反射镜、第三滤波模块和第四耦合透镜，所述第三会聚透镜和所述第四反射镜沿所述第三瑞利散射信号和所述第三拉曼散射信号的光路依次设置，所述第三滤波模块和所述第四耦合透镜沿所述第四反射镜的反射方向依次设置，其中，

所述第三会聚透镜，用于将所述样本透射的所述第三瑞利散射信号和所述第三拉曼散射信号会聚到所述第四反射镜；

所述第四反射镜，用于将所述第三会聚透镜会聚的所述第三瑞利散射信号和所述第三拉曼散射信号反射到所述第三滤波模块；

所述第三滤波模块，用于滤除所述第四反射镜反射的所述第三瑞利散射信号，并保留所述第三拉曼散射信号；

所述第四耦合透镜，用于耦合所述第三拉曼散射信号到所述光谱仪。

在本发明的一个实施例中，所述样本台为一种放置并固定样品的装置。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明提供了一种基于贝塞尔光的便携式拉曼光谱仪，包括激光器、贝塞尔光生成模块、样本台、拉曼信号收集模块和光谱仪，且激光器、贝塞尔光生成模块、样本台、拉曼信号收集模块和光谱仪同时封装在本发明提供的一种基于贝塞尔光的便携式拉曼光谱仪中，使系统模块化，组装和携带更加方便。同时，利用贝塞尔光束具有无衍射性和自恢复性的本质，可对厚透明样本、弱散射样本和毫米级厚度的散射样本的更深层的检测并提高所测样品的拉曼光谱的信噪比。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基于贝塞尔光的便携式拉曼光谱仪的模块示意图；

图2是本发明实施例提供的一种基于贝塞尔光的便携式拉曼光谱仪的第一种结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种基于贝塞尔光的便携式拉曼光谱仪的第二种结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种基于贝塞尔光的便携式拉曼光谱仪的第三种结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种基于贝塞尔光的便携式拉曼光谱仪的模块示意图，本发明实施例提供的一种基于贝塞尔光的便携式拉曼光谱仪，包括激光器1、贝塞尔光生成模块2、样本台3、拉曼信号收集模块4和光谱仪5，其中，

所述激光器1，用于通过传输光纤或空间自由光方式发射高斯光束；

所述贝塞尔光生成模块2，将所述激光器1发射的所述高斯光束转换成贝塞尔光束，并将所述贝塞尔光束照射到样本；

所述样本台3，用于放置样本，所述样本被所述贝塞尔光束照射后激发出所述瑞利散射信号和所述拉曼散射信号；

所述拉曼信号收集模块4，用于收集所述样本透射的所述瑞利散射信号和所述拉曼散射信号，并滤除所述瑞利散射信号，保留所述拉曼散射信号，耦合所述拉曼散射信号到所述光谱仪5；

所述光谱仪5，用于接收所述拉曼信号收集模块4收集的所述拉曼散射信号。

本发明实施例提供的一种基于贝塞尔光的便携式拉曼光谱仪包括激光器1、贝塞尔光生成模块2、样本台3、拉曼信号收集模块4和光谱仪5，且激光器1、贝塞尔光生成模块2、样本台3、拉曼信号收集模块4和光谱仪5同时封装在本发明基于贝塞尔光的便携式拉曼光谱仪中，利用激光器1产生单色性好、窄带宽的高斯光束，通过贝塞尔光生成模块2将高斯光束转换为贝塞尔光束，此贝塞尔光束照射到样本上激发出瑞利散射信号和拉曼散射信号，由拉曼信号收集模块4滤除其中的瑞利散射信号，并收集拉曼散射信号，光谱仪5接收最终收集到的拉曼散射信号，进而对样品进行更深层的检测并提高所测样品的拉曼光谱的信噪比，激光器1、贝塞尔光生成模块2、样本台3、拉曼信号收集模块4和光谱仪5同时封装在本发明拉曼光谱仪中，其中样本台3可从拉曼光谱仪中抽出来放置样品，样品台放置完样品后再归位。激光器通过传输光纤或空间自由光方式发射的高斯光束的波长532nm～1064nm，用于为系统提供高功率、窄线宽和传输稳定的特定波长的光束；光谱仪的探测波段为532nm～660nm、785nm～1100nm、1064nm～1600nm，用于对所采集的不同波长的拉曼散射信号进行分光处理。

本发明还可以连接控制电脑(笔记本或平板)，在控制电脑上通过调节激光器功率的大小控制发射的高斯光束的光束强度，调节光谱仪的积分时间和增益控制接收拉曼散射信号的灵敏度和信噪比。同时，本发明将系统模块化，使组装和携带更加方便。

所述样本台3为一种放置并固定样品的装置。

在本实施例中，样本台3为一种放置并固定样品的装置，此装置为现有技术，样本台3安装在拉曼光谱仪中，拉曼光谱仪工作前需求将样本台3抽出到拉曼光谱仪外，放置样品后再回归到初始位置。

实施例二

请参见图2，是本发明实施例提供的一种基于贝塞尔光的便携式拉曼光谱仪的第一种结构示意图，本实施例在实施例一的基础上，以一种具体的实施方式对贝塞尔光生成模块2和拉曼信号收集模块4进行介绍。

具体地，所述贝塞尔光生成模块2包括第一光束质量优化模块211、第一反射镜212和第一贝塞尔光生成模块213，所述第一光束质量优化模块211和所述第一反射镜212沿所述激光器1发射的第一高斯光束的光路依次设置，所述第一贝塞尔光生成模块213沿所述第一反射镜212的反射方向设置，其中，

所述第一光束质量优化模块211，用于将所述激光器1发射的所述第一高斯光束进行空间滤波、光谱滤波和扩束得到第一优化光束；

所述第一反射镜212，用于将所述第一优化光束反射到所述第一贝塞尔光生成模块213上；

所述第一贝塞尔光生成模块213，用于将反射到所述第一贝塞尔光生成模块213上的所述第一优化光束转换成第一贝塞尔光束，所述第一贝塞尔光束照射到所述样本上激发出第一瑞利散射信号和第一拉曼散射信号。

所述拉曼信号收集模块4包括第一会聚透镜411、第二反射镜412、第一滤波模块413和第一耦合透镜414，所述第一会聚透镜411和所述第二反射镜412沿所述第一瑞利散射信号和所述第一拉曼散射信号的光路依次设置，所述第一滤波模块413和所述第一耦合透镜414沿所述第二反射镜412反射的所述第一瑞利散射信号和所述第一拉曼散射信号的光路依次设置，其中，

所述第一会聚透镜411，用于会聚所述样本透射的所述第一瑞利散射信号和所述第一拉曼散射信号到所述第二反射镜412上；

所述第二反射镜412，用于将会聚到所述第二反射镜412上的所述第一瑞利散射信号和所述第一拉曼散射信号反射到所述第一滤波模块413上；

所述第一滤波模块413，用于滤除反射到所述第一滤波模块413上的所述第一瑞利散射信号，并保留所述第一拉曼散射信号；

所述第一耦合透镜414，用于耦合所述第一拉曼散射信号到所述光谱仪5。

具体地，贝塞尔光产生模块可以由环形狭缝光产生模块和会聚透镜组成，也可以由一个轴棱锥组成，环形狭缝光产生模块由两个轴棱锥、空间光调制器、环形光纤或同心环形狭缝组成。

举例说明：首先由激光器1通过传输光纤或空间自由光方式发出波长为532nm±1nm(由于拉曼散射信号强度与高斯光束波长的四次方成反比，因此532nm波长激发样本能够获得较强的拉曼散射信号)、光斑大小为1mm的第一高斯光束，通过传输光纤耦合到贝塞尔光生成模块2，其中传输光纤要求传输率在90％以上，且传输波段需要包括第一高斯光束波长所在波段。第一光束质量优化模块211由一个4f透镜系统和一个窄带滤波片组成，4f透镜系统对激光器1发出的高斯光束进行空间滤波、光谱滤波和扩束得到第一优化光束，窄带滤波片可提高激光器1发出的高斯光束的单色性，4f透镜系统例如由两个透镜组成，窄带滤波片例如为陷波滤波片，第一高斯光束进入第一光束质量优化模块211后首先通过由一个透镜聚焦f＝50mm和一个透镜焦距f＝250mm组成的4f透镜系统准直以及扩束到5mm。并在透镜组中间的焦点处放置一个中心波长为532nm±0.2nm，半高宽为1nm±0.2nm的带通窄带滤波片以提高光谱分辨率。本实施例中贝塞尔光产生的方法例如为轴棱锥法，轴棱锥法是由一块轴棱锥(底角为2°，镀膜，传输波段为350nm-700nm)构成，用于将第一反射镜212反射的第一光束质量优化模块211优化得到的第一优化光束转换成无衍射距离约为152.6mm、中心光斑尺寸约为11.68um(二者均为理论值)的第一贝塞尔光束并照射到样本上激发出第一瑞利散射信号和第一拉曼散射信号(最终的无衍射距离将由进入轴棱锥之前的光斑尺寸和轴棱锥相关参数共同决定，可根据实际需求进行选择)；第一会聚透镜411将样本激发出的第一瑞利散射信号和第一拉曼散射信号会聚后发射到第二反射镜412，通过第一会聚透镜411的光束的尺寸需要比第一会聚透镜411的入瞳尺寸小；第一反射镜212放置位置与入射光路夹角为45°，第二反射镜412放置位置与入射光路夹角为-45°，将第一会聚透镜411会聚的第一瑞利散射信号和第一拉曼散射信号反射到第一滤波模块413；第一滤波模块413由一个长通滤波片(要求在大于532nm的光束透过率为95％以上)和一个陷波滤波片(阻带中心波长为532nm)组成，主要用于滤除第一瑞利散射信号并保留第一拉曼散射信号；第一耦合透镜414用于将第一拉曼散射信号耦合到光谱仪5。

利用轴棱锥产生的贝塞尔光束中心光斑往往在几微米到几十微米量级。如果要增大中心光斑半径，可选用折射率更小的轴棱锥，选用平面与圆锥面夹角更小的轴棱锥以及选用更长波长的激光光源。如果要获得更长的无衍射距离，则可以增大入射光的半径，可以减小轴棱锥的折射率和减小轴棱锥底角。使用轴棱锥可以一定程度上消除轴上的光强抖动，获得更加光滑的轴上光强曲线。轴棱锥可以产生贝塞尔光束的优势在于：它的产生效率较高；它的器件装卸较为灵活简单。

实施例三

请参见图3，图3是本发明实施例提供的一种基于贝塞尔光的便携式拉曼光谱仪的第二种结构示意图，本实施例在实施例一的基础上，以另一种具体实施方式对贝塞尔光生成模块2和拉曼信号收集模块4进行介绍。

具体地，所述贝塞尔光生成模块2包括第二光束质量优化模块221和第二贝塞尔光生成模块222，所述第二光束质量优化模块221和所述第二贝塞尔光生成模块222沿所述激光器1发射的第二高斯光束的光路依次设置，其中，

所述第二光束质量优化模块221，用于将所述激光器1发射的所述第二高斯光束进行空间滤波、光谱滤波和扩束得到第二优化光束；

所述第二贝塞尔光生成模块222，用于将所述第二优化光束转换成第二贝塞尔光束，所述第二贝塞尔光束照射到样本上激发出第二瑞利散射信号和第二拉曼散射信号。

所述拉曼信号收集模块4包括第二会聚透镜421、第三反射镜422、第二滤波模块423和第二耦合透镜424，所述第二会聚透镜421和所述第三反射镜422沿所述第二瑞利散射信号和所述第二拉曼散射信号的光路依次设置，所述第二滤波模块423和所述第二耦合透镜424沿所述第三反射镜422的反射方向依次设置，其中，

所述第二会聚透镜421，用于会聚所述样本透射的所述第二瑞利散射信号和所述第二拉曼散射信号到所述第三反射镜422上；

所述第三反射镜422，用于将所述第二会聚透镜421会聚的所述第二瑞利散射信号和所述第二拉曼散射信号反射到所述第二滤波模块423上；

所述第二滤波模块423，用于滤除所述第三反射镜422反射的所述第二瑞利散射信号，并保留所述第二拉曼散射信号；

所述第二耦合透镜424，用于耦合所述第二拉曼散射信号到所述光谱仪5。

举例说明：首先由激光器1发出波长为532nm±1nm(由于拉曼散射强度与激发波长的四次方成反比，因此532nm波长激发样本能够获得较强的拉曼信号)、光斑大小为1mm的第二高斯光束，通过传输光纤耦合到第二贝塞尔光生成模块222，其中传输光纤要求传输率在90％以上，且传输波段需要包括激发波长所在波段。第二光束质量优化模块221由一个4f透镜系统和一个窄带滤波片组成，4f透镜系统对激光器1发出的第二高斯光束进行空间滤波、光谱滤波和扩束得到第二优化光束，窄带滤波片可提高激光器1发出的第二高斯光束的单色性，4f透镜系统例如由两个透镜组成，窄带滤波片例如为陷波滤波片。第二高斯光束进入第二光束质量优化模块221后首先通过由一个透镜聚焦f＝50mm和一个透镜焦距f＝250mm组成的4f透镜系统准直以及扩束到5mm。并在透镜组中间的焦点处放置一个中心波长为532nm±0.2nm，半高宽为1nm±0.2nm的带通窄带滤波片以提高光谱分辨率，产生第二优化光束。第二贝塞尔光产生模块222将第二优化光束转换成第二贝塞尔光束，本实施例中第二贝塞尔光产生模块222为空间光调制器，空间光调制器的感光面的尺寸需要比第二光束质量优化模块扩束的高斯光束的尺寸大，第二贝塞尔光束照射到样本上激发出第二瑞利散射信号和第二拉曼散射信号。第二会聚透镜421将所述样本透射的所述第二瑞利散射信号和所述第二拉曼散射信号会聚到第三反射镜422，所述第二瑞利散射信号和所述第二拉曼散射信号的光束尺寸需要比所述第二会聚透421的入瞳尺寸小；所述第三反射镜422的放置角度与所述第二瑞利散射信号和所述第二拉曼散射信号的光束传输方向成-45°角，第三反射镜422将第二会聚透421会聚的所述第二瑞利散射信号和所述第二拉曼散射信号反射到第二滤波模块423，第二滤波模块423由一个长通滤波片(要求波长大于532nm的光束透过率为95％以上，以便将瑞利散射光滤除地更干净)和一个陷波滤波片(阻带中心波长为532nm)组成，主要用于滤除反射到第二滤波模块423上的所述第二瑞利散射信号和所述第二拉曼散射信号光束中的第二瑞利散射信号并保留第二拉曼散射信号，要求滤波片所在平面垂直于光路；第二耦合透镜424用于将第二拉曼散射信号耦合到光谱仪5。本实施例中产生的贝塞尔光束与高斯光束对比，拥有最小的光斑大小和最长的景深。

实施例四

请参见图4，图4是本发明实施例提供的一种基于贝塞尔光的便携式拉曼光谱仪的第三种结构示意图，本实施例在实施例一的基础上，以另一种具体实施方式对贝塞尔光生成模块2和拉曼信号收集模块4进行介绍。

具体地，所述贝塞尔光生成模块2包括第三耦合透镜231和光纤模块232，所述第三耦合透镜231和所述光纤模块232沿所述激光器1发射的第三高斯光束的光路依次设置，其中，

所述第三耦合透镜231，用于将所述激光器1发射的所述第三高斯光束进行耦合得到第四高斯光束；

所述光纤模块232，用于将所述第四高斯光束转换成第三贝塞尔光束，所述第三贝塞尔光束照射到样本上激发出第三瑞利散射信号和第三拉曼散射信号。

所述拉曼信号收集模块4包括第三会聚透镜431、第四反射镜432、第三滤波模块433和第四耦合透镜434，所述第三会聚透镜431和所述第四反射镜432沿所述第三瑞利散射信号和所述第三拉曼散射信号的光路依次设置，所述第三滤波模块433和所述第四耦合透镜434沿所述第四反射镜432的反射方向依次设置，其中，

所述第三会聚透镜431，用于将所述样本透射的所述第三瑞利散射信号和所述第三拉曼散射信号会聚到所述第四反射镜432；

所述第四反射镜432，用于将所述第三会聚透镜431会聚的所述第三瑞利散射信号和所述第三拉曼散射信号反射到所述第三滤波模块433；

所述第三滤波模块433，用于滤除所述第四反射镜432反射的所述第三瑞利散射信号，并保留所述第三拉曼散射信号；

所述第四耦合透镜434，用于耦合所述第三拉曼散射信号到所述光谱仪5。

举例说明：首先由激光器1发出波长为532nm±1nm(由于拉曼散射信号强度与高斯光束波长的四次方成反比，因此532nm波长激发样本能够获得较强的拉曼散射信号)、光斑大小为1mm的第三高斯光束，通过空间光方式传输到贝塞尔光生成模块2。第三高斯光束进入贝塞尔光生成模块2后首先通过第三耦合透镜231，将第三高斯光束耦合为第四高斯光束，将第四高斯光束发射到光纤模块232，光纤模块232通过收光镜头接收第四高斯光束转换成贝塞尔光束并发射到样本激发出第三瑞利散射信号和第三拉曼散射信号，光纤模块232的出光口需要做成轴棱锥尖端的形状(锥角根据实际需求确定)，且其传输波段范围需大于激光器1发出的第三高斯光束波长，传输率大于90％，第三会聚透镜431将所述样本透射的所述第三瑞利散射信号和所述第三拉曼散射信号会聚到第四反射镜432，通过第三会聚透镜431的光束的尺寸需要比第三会聚透镜431的入瞳尺寸小；第四反射镜432放置的位置与入射光路夹角为-45°，第四反射镜432将第三会聚透镜432会聚的第三瑞利散射信号和第三拉曼散射信号反射到第三滤波模块433，第三滤波模块433由一个长通滤波片(要求在大于532nm的光束透过率为95％以上)和一个陷波滤波片(阻带中心波长为532nm)组成，主要用于滤除第三瑞利散射信号并保留第三拉曼散射信号；第三耦合透镜434用于将第三拉曼散射信号耦合到光谱仪5。

在光纤端面加工正或负的角锥的方法具有的优势在于可以实现输出的贝塞尔光束的紧凑型贝塞尔光生产模块，不需要像轴棱锥繁琐地进行人工的调整。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于贝塞尔光的便携式拉曼光谱仪，其特征在于，包括激光器(1)、贝塞尔光生成模块(2)、样本台(3)、拉曼信号收集模块(4)和光谱仪(5)，其中，

所述激光器(1)，用于通过传输光纤或空间自由光方式发射高斯光束；

所述贝塞尔光生成模块(2)，将所述激光器(1)发射的所述高斯光束转换成贝塞尔光束，并将所述贝塞尔光束照射到样本；

所述样本台(3)，用于放置样本，所述样本被所述贝塞尔光束照射后激发出所述瑞利散射信号和所述拉曼散射信号；

所述拉曼信号收集模块(4)，用于收集所述样本透射的所述瑞利散射信号和所述拉曼散射信号，并滤除所述瑞利散射信号，保留所述拉曼散射信号，耦合所述拉曼散射信号到所述光谱仪(5)；

所述光谱仪(5)，用于接收所述拉曼信号收集模块(4)收集的所述拉曼散射信号。

2.根据权利要求1所述的基于贝塞尔光的便携式拉曼光谱仪，其特征在于，所述贝塞尔光生成模块(2)包括第一光束质量优化模块(211)、第一反射镜(212)和第一贝塞尔光生成模块(213)，所述第一光束质量优化模块(211)和所述第一反射镜(212)沿所述激光器(1)发射的第一高斯光束的光路依次设置，所述第一贝塞尔光生成模块(213)沿所述第一反射镜(212)的反射方向设置，其中，

所述第一光束质量优化模块(211)，用于将所述激光器(1)发射的所述第一高斯光束进行空间滤波、光谱滤波和扩束得到第一优化光束；

所述第一反射镜(212)，用于将所述第一优化光束反射到所述第一贝塞尔光生成模块(213)上；

所述第一贝塞尔光生成模块(213)，用于将反射到所述第一贝塞尔光生成模块(213)上的所述第一优化光束转换成第一贝塞尔光束，所述第一贝塞尔光束照射到所述样本上激发出第一瑞利散射信号和第一拉曼散射信号。

3.根据权利要求2所述的基于贝塞尔光的便携式拉曼光谱仪，其特征在于，所述拉曼信号收集模块(4)包括第一会聚透镜(411)、第二反射镜(412)、第一滤波模块(413)和第一耦合透镜(414)，所述第一会聚透镜(411)和所述第二反射镜(412)沿所述第一瑞利散射信号和所述第一拉曼散射信号的光路依次设置，所述第一滤波模块(413)和所述第一耦合透镜(414)沿所述第二反射镜(412)反射的所述第一瑞利散射信号和所述第一拉曼散射信号的光路依次设置，其中，

所述第一会聚透镜(411)，用于会聚所述样本透射的所述第一瑞利散射信号和所述第一拉曼散射信号到所述第二反射镜(412)上；

所述第二反射镜(412)，用于将会聚到所述第二反射镜(412)上的所述第一瑞利散射信号和所述第一拉曼散射信号反射到所述第一滤波模块(413)上；

所述第一滤波模块(413)，用于滤除反射到所述第一滤波模块(413)上的所述第一瑞利散射信号，并保留所述第一拉曼散射信号；

所述第一耦合透镜(414)，用于耦合所述第一拉曼散射信号到所述光谱仪(5)。

4.根据权利要求1所述的基于贝塞尔光的便携式拉曼光谱仪，其特征在于，所述贝塞尔光生成模块(2)包括第二光束质量优化模块(221)和第二贝塞尔光生成模块(222)，所述第二光束质量优化模块(221)和所述第二贝塞尔光生成模块(222)沿所述激光器(1)发射的第二高斯光束的光路依次设置，其中，

所述第二光束质量优化模块(221)，用于将所述激光器(1)发射的所述第二高斯光束进行空间滤波、光谱滤波和扩束得到第二优化光束；

所述第二贝塞尔光生成模块(222)，用于将所述第二优化光束转换成第二贝塞尔光束，所述第二贝塞尔光束照射到样本上激发出第二瑞利散射信号和第二拉曼散射信号。

5.根据权利要求4所述的基于贝塞尔光的便携式拉曼光谱仪，其特征在于，所述拉曼信号收集模块(4)包括第二会聚透镜(421)、第三反射镜(422)、第二滤波模块(423)和第二耦合透镜(424)，所述第二会聚透镜(421)和所述第三反射镜(422)沿所述第二瑞利散射信号和所述第二拉曼散射信号的光路依次设置，所述第二滤波模块(423)和所述第二耦合透镜(424)沿所述第三反射镜(422)的反射方向依次设置，其中，

所述第二会聚透镜(421)，用于会聚所述样本透射的所述第二瑞利散射信号和所述第二拉曼散射信号到所述第三反射镜(422)上；

所述第三反射镜(422)，用于将所述第二会聚透镜(421)会聚的所述第二瑞利散射信号和所述第二拉曼散射信号反射到所述第二滤波模块(423)上；

所述第二滤波模块(423)，用于滤除所述第三反射镜(422)反射的所述第二瑞利散射信号，并保留所述第二拉曼散射信号；

所述第二耦合透镜(424)，用于耦合所述第二拉曼散射信号到所述光谱仪(5)。

6.根据权利要求1所述的基于贝塞尔光的便携式拉曼光谱仪，其特征在于，所述贝塞尔光生成模块(2)包括第三耦合透镜(231)和光纤模块(232)，所述第三耦合透镜(231)和所述光纤模块(232)沿所述激光器(1)发射的第三高斯光束的光路依次设置，其中，

所述第三耦合透镜(231)，用于将所述激光器(1)发射的所述第三高斯光束进行耦合得到第四高斯光束；

所述光纤模块(232)，用于将所述第四高斯光束转换成第三贝塞尔光束，所述第三贝塞尔光束照射到样本上激发出第三瑞利散射信号和第三拉曼散射信号。

7.根据权利要求6所述的基于贝塞尔光的便携式拉曼光谱仪，其特征在于，所述拉曼信号收集模块(4)包括第三会聚透镜(431)、第四反射镜(432)、第三滤波模块(433)和第四耦合透镜(434)，所述第三会聚透镜(431)和所述第四反射镜(432)沿所述第三瑞利散射信号和所述第三拉曼散射信号的光路依次设置，所述第三滤波模块(433)和所述第四耦合透镜(434)沿所述第四反射镜(432)的反射方向依次设置，其中，

所述第三会聚透镜(431)，用于将所述样本透射的所述第三瑞利散射信号和所述第三拉曼散射信号会聚到所述第四反射镜(432)；

所述第四反射镜(432)，用于将所述第三会聚透镜(431)会聚的所述第三瑞利散射信号和所述第三拉曼散射信号反射到所述第三滤波模块(433)；

所述第三滤波模块(433)，用于滤除所述第四反射镜(432)反射的所述第三瑞利散射信号，并保留所述第三拉曼散射信号；

所述第四耦合透镜(434)，用于耦合所述第三拉曼散射信号到所述光谱仪(5)。

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