CN114923892A - 一种双波长近红外便携式拉曼光谱装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双波长近红外便携式拉曼光谱装置，涉及拉曼光谱检测技术领域。拉曼光谱装置包括：第一激光器、第二激光器、传输模块和检测模块；第一激光器用于发射第一设定波长的第一激光；第二激光器用于发射第二设定波长的第二激光；传输模块在待测目标样品的拉曼光谱特征峰位于第一波数范围时，对第一激光进行耦合，在待测目标样品的拉曼光谱特征峰位于第二波数范围时，对第二激光进行耦合，然后再过滤传输至待测目标样品上激发拉曼光谱得到光谱信号；检测模块对接收的光谱信号进行分光并检测得到拉曼光谱。以实现在抑制样品荧光背景的同时显著拓宽现有近红外拉曼光谱装置检测范围，且不会降低光谱分辨率和增加新的机械结构的便携的需求。

Description

一种双波长近红外便携式拉曼光谱装置

技术领域

本发明涉及拉曼光谱检测技术领域，特别是涉及一种双波长近红外便携式拉曼光谱装置。

背景技术

近红外拉曼光谱装置是激发波长在近红外波段的拉曼光谱检测装置，拉曼光谱作为一种无损的、指纹性的检测方法已经广泛应用在科研、生产和生活领域。拉曼光谱测试中有些材料具有较强的荧光，对拉曼测试带来很大干扰，是目前拉曼技术领域中最大难题之一(另一个是灵敏度问题)，一般材料的发射荧光范围为400-800nm，避开该范围可显著减少荧光干扰。近红外波段拉曼光谱仪器由于可抑制材料荧光干扰，在矿物探测、化工及缉毒等领域有重要应用前景。为抑制荧光背景，近红外波段拉曼光谱一般使用700nm以上的激光作为光源，波长越长的激光抑制荧光背景效果越好，但由于硅探测器响应波长限制(响应波段最长至1050nm左右)，导致拉曼光谱探测范围较窄。以最常见的785nm激光作为光源的拉曼光谱装置为例，其探测范围最高为3200cm^-1左右，而荧光抑制效果更好的830nm激光拉曼则探测范围最高为2500cm^-1左右，对应某些特征峰(如OH-特征峰在3650cm^-1)则难以探测到。由于硅探测器响应波长限制，目前拉曼光谱检测装置无法兼顾荧光抑制效果和探测光谱范围，即采用长波长激光作为光源时虽然荧光抑制效果好但是光谱探测范围小，而采用较短波长激光时虽然光谱探测范围较大但是荧光抑制效果较差，两者难以兼顾。

此外，针对现场检测的便携式拉曼光谱装置，一般要求光路中无可移动光学部件，所以难以使用转动光栅的方案，检测波长一般不可调节，在较大探测光谱范围时光谱分辨率也较低。

与本发明容易混淆的一种技术为双波长激光抑制荧光的拉曼光谱技术，也称移频激发拉曼差分光谱法，该方法采用两种或多种波长接近的激光(一般小于5nm)分别激发材料的拉曼光谱，由于拉曼光谱峰位具有随激发波长改变而荧光峰位几乎不变的特点，通过差谱可以扣除荧光背景。移频激发拉曼差分光谱法并不是消除荧光背景，只是荧光背景的扣除技术，荧光背景太高时仍无法有效测试拉曼光谱(探测器容易饱和)。本发明则是通过采用近红外激光激发降低样品自身的荧光，同时解决较大探测光谱范围和较高光谱分辨率的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种双波长近红外便携式拉曼光谱装置，在硅探测器响应波长限制条件下，通过采用双波长激光交替工作、固定检测模块的检测波长范围的方式，实现在抑制样品荧光背景的同时显著拓宽现有近红外拉曼光谱装置检测范围，同时不会增加新的机械结构、不会降低光谱分辨率且便携的需求。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种双波长近红外便携式拉曼光谱装置，所述拉曼光谱装置包括：

第一激光器，用于发射第一设定波长的第一激光；

第二激光器，用于发射第二设定波长的第二激光；所述第一设定波长和所述第二设定波长均属于近红外波段的波长范围；所述第一设定波长大于所述第二设定波长；

传输模块，与所述第一激光器和所述第二激光器连接，用于当待测目标样品的拉曼光谱特征峰位于第一波数范围时，对所述第一激光进行耦合、过滤并传输至所述待测目标样品上以激发拉曼光谱得到光谱信号；当所述待测目标样品的拉曼光谱特征峰位于第二波数范围时，对所述第二激光进行耦合、过滤并传输至所述待测目标样品上以激发拉曼光谱得到光谱信号；所述第二波数范围的末端值比所述第一波数范围的末端值大，所述第二波数范围的起始端值大于所述第一波数范围的起始端值但是所述第二波数范围的起始端值小于或者等于所述第一波数范围的末端值；

检测模块，与所述传输模块连接，用于对接收到的所述光谱信号进行分光并检测得到拉曼光谱。

可选地，所述传输模块采用光纤拉曼探头结构，所述传输模块包括：

入射光纤，与所述第一激光器和所述第二激光器连接，用于当待测目标样品的拉曼光谱特征峰位于第一波数范围时，对所述第一激光进行耦合，得到耦合光；当所述待测目标样品的拉曼光谱特征峰位于第二波数范围时，对所述第二激光进行耦合，得到耦合光；

光纤拉曼探头，与所述入射光纤连接，用于将所述耦合光经过过滤聚焦后传输至所述待测目标样品上激发拉曼光谱，从而得到初始光谱信号，并对所述初始光谱信号进行过滤得到光谱信号；

收集光纤，与所述光纤拉曼探头连接，用于将所述光谱信号传输至所述检测模块。

可选地，所述传输模块采用自由光路拉曼探头结构，所述传输模块包括：

入射镜，与所述第一激光器和所述第二激光器连接，用于当待测目标样品的拉曼光谱特征峰位于第一波数范围时，对所述第一激光进行耦合，得到耦合光；当所述待测目标样品的拉曼光谱特征峰位于第二波数范围时，对所述第二激光进行耦合，得到耦合光；

自由光路拉曼探头，与所述入射镜连接，用于将所述耦合光经过过滤聚焦后传输至所述待测目标样品上激发拉曼光谱，从而得到初始光谱信号，并对所述初始光谱信号进行过滤得到光谱信号；

出射镜，与所述自由光路拉曼探头连接，用于将所述光谱信号传输至所述检测模块。

可选地，所述光纤拉曼探头或所述自由光路拉曼探头包括：

滤光片，设置在所述耦合光的入射光路上，用于对所述耦合光进行滤波，得到纯净光信号；所述纯净光信号的波长小于或等于所述第一设定波长；

二向色镜，设置在所述滤光片的出射光路上，用于对所述纯净光信号进行透射；

聚焦透镜，设置在所述二向色镜的透射光路上，用于将透射的所述纯净光信号聚焦照射至所述待测目标样品上；所述纯净光信号用于激发所述待测目标样品的拉曼光谱，得到初始光谱信号；所述初始光谱信号透过所述聚焦透镜传输至所述二向色镜；所述二向色镜还用于对所述初始光谱信号进行反射；

长通滤光片，设置在所述二向色镜的反射光路上，用于对所述初始光谱信号进行过滤得到所述光谱信号；所述光谱信号的波长大于所述第一设定波长。

可选地，所述滤光片为短通滤光片；所述短通滤光片的截止波长为所述第一设定波长。

可选地，所述滤光片为双带通滤光片；所述双带通滤光片的截止波长的上限为所述第一设定波长，所述双带通滤光片的截止波长的下限为所述第二设定波长。

可选地，所述检测模块包括：

单色仪，与所述传输模块连接，用于对所述光谱信号分光，得到多束单色光信号；

硅探测器，与所述单色仪连接，用于探测所述单色光信号，并将所述单色光信号转换成电信号，以得到拉曼光谱。

可选地，所述单色仪结构为固定光栅结构。

可选地，所述第一设定波长与所述第二设定波长的差值大于50nm，所述第一设定波长与所述第二设定波长的值均在700nm-1000nm范围内。

可选地，所述第一设定波长的波长值为830nm，所述第二设定波长的波长值为730nm。

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：

本发明提供一种双波长近红外便携式拉曼光谱装置，通过采用双波长激光交替工作、固定检测模块的检测波长范围的方式，由第一激光器发射第一设定波长的第一激光，第二激光器发射第二设定波长的第二激光，当待测目标样品的拉曼光谱特征峰位于第一波数范围时，通过传输模块对第一激光进行耦合，在待测目标样品拉曼光谱特征峰位于第二波数范围时，传输模块对第二激光进行耦合，然后通过传输模块再进行过滤并传输至待测目标样品以激发拉曼光谱得到光谱信号，通过检测模块对光谱信号进行分光并检测得到拉曼光谱，以实现在抑制样品荧光背景的同时显著拓宽现有近红外拉曼光谱装置检测范围，且不会增加新的机械结构，不会降低光谱分辨率且便携的需求。

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为本发明实施例提供的基于光纤拉曼探头结构的双波长近红外便携式拉曼光谱装置的结构图；

图2为本发明实施例提供的基于自由光路耦合的双波长近红外便携式拉曼光谱装置的结构图；

图3为本发明实施例提供的双波长近红外便携式拉曼光谱装置的光纤拉曼探头的结构图；

图4为本发明实施例提供的双波长近红外便携式拉曼光谱装置的硅探测器典型光响应效率曲线图。

符号说明：

第一激光器-1、第二激光器-2、入射光纤-3、光纤拉曼探头-4、收集光纤-5、单色仪-6、硅探测器-7、第一透镜-8、反射镜-9、滤光片-10、二向色镜-11、聚焦透镜-12、长通滤光片-13、第二透镜-14、传输模块-15、检测模块-16、自由光路拉曼探头-17、入射镜-18、出射镜-19。

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双波长近红外便携式拉曼光谱装置，通过第一激光器发射第一设定波长的第一激光，通过第二激光器发射第二设定波长的第二激光，当待测目标样品的拉曼光谱特征峰位于第一波数范围时，传输模块对第一激光进行耦合、过滤并传输至待测目标样品上以激发拉曼光谱得到光谱信号；当待测目标样品的拉曼光谱特征峰位于第二波数范围时，传输模块对第二激光进行耦合、过滤并传输至待测目标样品上以激发拉曼光谱得到光谱信号，然后通过检测模块对光谱信号进行分光得到光谱图像，实现在抑制样品荧光背景的同时，能显著拓宽检测范围且不会降低光谱分辨率的需求。

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。

如图1所示，本实施例的双波长近红外便携式拉曼光谱装置包括：第一激光器1、第二激光器2、传输模块15和检测模块16。

具体地，传输模块15与第一激光器1和第二激光器2连接，检测模块16与传输模块15连接，第一激光器1用于发射第一设定波长的第一激光；第二激光器2用于发射第二设定波长的第二激光；第一设定波长和第二设定波长均属于近红外波段的波长范围；第一设定波长大于第二设定波长；传输模块15用于当待测目标样品的拉曼光谱特征峰位于第一波数范围时，对第一激光进行耦合、过滤并传输至待测目标样品上以激发拉曼光谱得到光谱信号；当待测目标样品的拉曼光谱特征峰位于第二波数范围时，将第二激光进行耦合、过滤并传输至待测目标样品上以激发拉曼光谱得到光谱信号；检测模块16用于对接收到的光谱信号进行分光并检测得到拉曼光谱。第一波数范围和第二波数范围有重合部分，如第一波数范围为145-2000cm^-1，第二波数范围为1800-3700cm^-1。第二波数范围的末端值比第一波数范围的末端值大，第二波数范围的起始端值大于第一波数范围的起始端值但是第二波数范围的起始端值小于或者等于第一波数范围的末端值。

在一种实施例中，如图1所示，传输模块15采用光纤拉曼探头4的结构，传输模块15包括：入射光纤3、光纤拉曼探头4和收集光纤5。

具体地，入射光纤3与第一激光器1和第二激光器2连接，光纤拉曼探头4与入射光纤3连接，收集光纤5与光纤拉曼探头4连接；入射光纤3用于当待测目标样品的拉曼光谱特征峰位于第一波数范围时，对第一激光进行耦合，得到耦合光；当待测目标样品的拉曼光谱特征峰位于第二波数范围时，对第二激光进行耦合，得到耦合光。

光纤拉曼探头4用于将耦合光经过过滤聚焦后传输至待测目标样品上激发拉曼光谱，从而得到初始光谱信号，并对初始光谱信号进行过滤得到光谱信号；收集光纤5用于将光谱信号传输至检测模块16。

在一种实施例中，如图2所示，传输模块15采用自由光路拉曼探头17的结构，传输模块15包括：入射镜18、出射镜19和自由光路拉曼探头17。

具体地，入射镜18与第一激光器1和第二激光器2连接，自由光路拉曼探头17与入射镜18连接，出射镜19与自由光路拉曼探头连接17，入射镜18用于当待测目标样品的拉曼光谱特征峰位于第一波数范围时，对第一激光进行耦合，得到耦合光；当待测目标样品的拉曼光谱特征峰位于第二波数范围时，对第二激光进行耦合，得到耦合光；

自由光路拉曼探头17用于将耦合光经过过滤聚焦后传输至待测目标样品上激发拉曼光谱，从而得到初始光谱信号，并对初始光谱信号进行过滤得到光谱信号。

出射镜19用于将光谱信号传输至检测模块16；自由光路拉曼探头17与光纤拉曼探头4的结构组成和连接关系相同。

两个激光器的合束方式可以是两个激光器先进行合束，再耦合到同一根入射光纤中，或者两个光纤不通过光纤合束而是通过透镜等光学元件进行合束；或者该装置不采用光纤拉曼探头而是采用自由光路进行激发和检测(比如光纤拉曼探头、光纤等替换成反射镜、透镜等光学元件)。传输模块15可以是自由光路拉曼探头结构：两个激光器发出的激光通过二向色镜或半反半透镜等光学元件进行合束，然后通过拉曼探头入射到样品上，拉曼探头收集的拉曼光谱信号通过单色仪6分光，最终通过硅探测器7探测光谱信号。

在一种实施例中，自由光路拉曼探头17或者光纤拉曼探头4包括滤光片10、二向色镜11、聚焦透镜12和长通滤光片13，滤光片10设置在耦合光的入射光路上，用于对耦合光进行滤波，得到纯净光信号；二向色镜11设置在滤光片10的出射光路上，用于对纯净光信号进行透射；聚焦透镜12设置在二向色镜11的透射光路上，用于将透射的纯净光信号聚焦照射至待测目标样品上；纯净光信号用于激发待测目标样品的拉曼光谱，得到初始光谱信号；初始光谱信号透过聚焦透镜12传输至二向色镜11；二向色镜11还用于对初始光谱信号进行反射；长通滤光片13设置在二向色镜11的反射光路上，用于对初始光谱信号进行过滤得到光谱信号。

作为一种可选的实施方式，如图3所示，以光纤拉曼探头4为例，光纤拉曼探头4具体还可以包括：第一透镜8、反射镜9、滤光片10、二向色镜11、聚焦透镜12、长通滤光片13和第二透镜14。

具体地，第一透镜8设置在入射光纤3的出射光路上，反射镜9设置在第一透镜8的出射光路上，滤光片10设置在反射镜9的反射光路上，二向色镜11设置在滤光片10的出射光路上，聚焦透镜12设置在二向色镜11的透射光路上，长通滤光片13设置在二向色镜11的反射光路上，第二透镜14设置长通滤光片13的出射光路上；第一透镜8用于对耦合光进行聚焦，得到聚焦后的光信号；反射镜9用于对聚焦后的光信号进行反射，得到反射光信号；滤光片10用于对反射光信号进行滤波，得到纯净光信号即纯净激发光；纯净光信号的波长小于或等于第一设定波长；二向色镜11用于对纯净光信号进行透射；聚焦透镜12用于将透射的纯净光信号聚焦照射至待测目标样品上；纯净光信号用于激发待测目标样品的拉曼光谱，得到初始光谱信号；初始光谱信号透过聚焦透镜12传输至二向色镜11；二向色镜11还用于对初始光谱信号进行反射；也就是二向色镜11对激发光和拉曼光谱信号进行分束；长通滤光片13用于对初始光谱信号进行过滤，去除瑞利散射信号，得到光谱信号，光谱信号的波长大于第一设定波长；第二透镜14用于将光谱信号聚焦并传送至收集光纤5。

由于自由光路拉曼探头17与光纤拉曼探头4的结构组成和连接关系相同，所以也可以将光纤拉曼探头4、入射光纤3和收集光纤5对应的替换成自由光路拉曼探头17、入射镜18和出射镜19。

聚焦透镜12除了用于聚焦激光到样品上，同时还用于收集样品(待测目标样品)的散射光，散射光即初始光谱信号包括了样品的瑞利散射信号和拉曼光谱信号。上述的拉曼探头与常见拉曼探头结构基本一致，区别在于所属激光滤光片10应兼容透过第一激光器和第二激光器的波长，可选双窄带通滤光片或者低通滤光片。

本发明技术方案主要由两个近红外波段的激光器即第一激光器1和第二激光器2、入射光纤3、光纤拉曼探头4、收集光纤5、单色仪6和硅探测器7组成。拉曼光谱测试时，第一激光器1和第二激光器2交替工作。两个激光器发出的激光通过入射光纤3耦合或外光路耦合到同一束光纤中，通过光纤拉曼探头4聚焦到样品上激发拉曼光谱，同时拉曼光纤拉曼探头4通过收集光纤5将光谱信号传输进入单色仪6分光，最终通过硅探测器7探测光谱信号。

作为一种可选的实施方式，滤光片10为短通滤光片；短通滤光片的截止波长为第一设定波长。可选地，滤光片10为双带通滤光片；双带通滤光片的截止波长的上限为所第一设定波长，双带通滤光片的截止波长的下限为第二设定波长；滤光片10需兼顾双波长激光的通过率，第一设定波长的第一激光和第二设定波长的第二激光作为双波长激光。

双波长近红外便携式拉曼光谱装置的光纤拉曼探头4和自由光路拉曼探头17均与常规探头结构类似，为兼顾双波长激光，滤光片10需兼顾双波长激光的通过率，可采用双带通滤光片或短通滤光片。二向色镜11也需兼顾双波长激光的高反射率，透过波长以第一激光器1激发的拉曼信号为参考，用于对激发光和拉曼光谱信号进行分束。长通滤光片13截止波长以第一激光器1的波长为准。即该光纤拉曼探头4或自由光路拉曼探头17除了滤光片10需兼顾第二激光器2的波长外，其余的滤光片及结构与第一激光器1波长的探头相同。因此，本方案所述光纤拉曼探头4可与目前现有的光纤拉曼探头结构较好兼容，可采用相同的生产制造工艺。

在一种实施例中，如图1所示，检测模块16包括：单色仪6和硅探测器7。单色仪6与传输模块15连接，硅探测器7与单色仪6连接；单色仪6用于对光谱信号分光，得到多束单色光信号；硅探测器7用于探测单色光信号，并将单色光信号转换成电信号，以得到光谱图像。

具体地，单色仪6的结构为固定光栅结构。单色仪6采用固定光栅分光，单色仪设定为固定检测范围即光栅位置固定，检测波长范围固定，无可移动光学元件，适用于便携式拉曼光谱设备。

探测波长范围覆盖第一激光器1波长至硅探测器最长检测范围，如图4所示，横坐标代表探测波长，纵坐标代表探测效率；一般硅探测器典型光响应效率在1000nm附近会显著降低，一些特殊设计的硅探测器可达到1100nm，高效率响应波长一般在1000nm以下。

以第一激光器1采用830nm、第二激光器2采用730nm波长、硅探测器响应范围400-1000nm为例，光谱仪探测范围可设计为840-1000nm。在第一激光器1激发下，拉曼位移的光谱检测范围为145-2000cm^-1，在第二激光器2激发下，拉曼位移的光谱检测范围为1800-3700cm^-1。通过增加第二激光器2，光谱检测范围可增大1倍，而且不会增加新的机械结构，也不会降低光谱分辨率。此外，由于检测范围都在840-1000nm，荧光抑制效果也较好(一般材料荧光发射波长在400-800nm)。

在硅探测器7响应波长限制条件下，通过采用双波长激光交替工作、单色仪6(光谱仪)和硅探测器7固定检测波长范围的方式，在保证抑制荧光背景效果同时，可显著拓宽现有近红外拉曼光谱设备检测范围，同时不会增加新的机械结构，也不会降低光谱分辨率。

在一种实施例中，第一设定波长与第二设定波长的差值大于50nm。第一设定波长与第二设定波长值均在700nm-1000nm范围中。

在一种实施例中，第一设定波长为830nm，第二设定波长为730nm。

第一激光器1为较长波长的激光器，例如采用830nm的激光器，第二激光器2为较短波长的激光器，例如采用730nm的激光器。探测低波数范围采用第一激光器1为激发光，探测高波数范围则采用第二激光器2为激发光。在第一激光器1的激发下，波数范围为145-2000cm^-1，在第二激光器2的激发下，波数范围为1800-3700cm^-1。

在现有技术中，虽然可采用InGaAs探测器(响应波段约900至2200nm)扩展光谱检测范围，但由于InGaAs探测器暗电流、噪声、分辨率等性能参数远远低于硅探测器，再加上激光波长越长激发拉曼光谱效率越低，导致采用InGaAs探测器的拉曼光谱设备的信噪比较差。

另外，现有技术还有一种采用更短波长激光(如730nm)结合硅探测器的方案，虽然可解决近红外波段拉曼光谱探测范围窄的问题，但荧光抑制效果较差。此外一般近红外拉曼光谱多用于现场检测，需要便携式设备，如果采用覆盖光谱范围达到较大范围则需要牺牲仪器分辨率性能(低刻线光栅)或采用转动光栅的设计，而便携式设备中由于运输振动和环境适应性要求，一般不能采用转动光栅的技术方案，因此这种技术方案具有光谱分辨率低、荧光抑制效果较差的缺点。

或者现有技术采用一种双波长激光抑制荧光的拉曼光谱技术，采用两种波长接近的激光(一般小于5nm)分别激发材料的拉曼光谱，由于拉曼光谱峰位具有随激发波长改变而荧光峰位几乎不变的特点，通过差谱可以扣除荧光背景。移频激发拉曼差分光谱法并不是消除荧光背景，只是荧光背景的扣除技术，荧光背景太高时仍无法有效测试拉曼光谱(探测器容易饱和)，并不能改进近红外波段拉曼光谱探测范围窄的缺点。本发明则是通过采用近红外激光激发降低样品自身的荧光，同时解决较大探测光谱范围和较高光谱分辨率的技术问题。在硅探测器响应波长限制条件下，通过采用双波长激光交替工作、固定检测波长范围的光谱仪和硅探测器的方式，在抑制样品荧光背景同时，可显著拓宽现有近红外拉曼光谱设备检测范围，同时不会增加新的机械结构，也不会降低光谱分辨率。

另外，由于硅探测器响应波长限制，目前近红外拉曼光谱检测设备无法兼顾荧光抑制效果和探测光谱范围，特别是针对现场检测的便携式拉曼光谱，一般要求光路中无可移动光学部件(难以使用转动光栅的方案)，为实现较大探测光谱范围还需牺牲光谱分辨率参数。

本发明针对目前近红外拉曼光谱设备的局限性，提出了一种双波长近红外便携式拉曼光谱装置的技术方案，可实现在确保荧光抑制效果的同时大幅拓宽光谱检测范围，并且不会降低仪器的光谱分辨率的需求，而且光路中不会增加可移动部件，适合应用于便携式拉曼光谱装置。便携式拉曼光谱装置是指方便携带和移动的拉曼光谱检测装置。另外相对于搭载InGaAs探测器的拉曼光谱设备，本方案具有更高的检测灵敏度和光谱信噪比。

本发明的效果在于解决单一波长的近红外激光器激发无法兼顾荧光抑制效果和光谱检测范围的矛盾。目前已有技术是采用波长较长单一近红外波段(如785nm)激光器激发拉曼信号，因为硅探测器响应波长一般在1050nm以下，则有效检测范围不超过3200cm^-1，而本发明所述方案可通过两个波长激光器交替激发，可显著拓宽现有近红外拉曼光谱设备检测范围，同时不会增加新的机械结构，也不会降低光谱分辨率，此外单色仪设定为固定检测范围(光栅位置固定)，无可移动光学元件，适用于便携式拉曼光谱设备。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

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)

1.一种双波长近红外便携式拉曼光谱装置，其特征在于，所述拉曼光谱装置包括：

第一激光器，用于发射第一设定波长的第一激光；

第二激光器，用于发射第二设定波长的第二激光；所述第一设定波长和所述第二设定波长均属于近红外波段的波长范围；所述第一设定波长大于所述第二设定波长；

传输模块，与所述第一激光器和所述第二激光器连接，用于当待测目标样品的拉曼光谱特征峰位于第一波数范围时，对所述第一激光进行耦合、过滤并传输至所述待测目标样品上以激发拉曼光谱得到光谱信号；当所述待测目标样品的拉曼光谱特征峰位于第二波数范围时，对所述第二激光进行耦合、过滤并传输至所述待测目标样品上以激发拉曼光谱得到光谱信号；所述第二波数范围的末端值比所述第一波数范围的末端值大，所述第二波数范围的起始端值大于所述第一波数范围的起始端值但是所述第二波数范围的起始端值小于或者等于所述第一波数范围的末端值；

检测模块，与所述传输模块连接，用于对接收到的所述光谱信号进行分光并检测得到拉曼光谱。

2.根据权利要求1所述的双波长近红外便携式拉曼光谱装置，其特征在于，所述传输模块采用光纤拉曼探头结构，所述传输模块包括：

入射光纤，与所述第一激光器和所述第二激光器连接，用于当所述待测目标样品的拉曼光谱特征峰位于第一波数范围时，对所述第一激光进行耦合，得到耦合光；当所述待测目标样品的拉曼光谱特征峰位于第二波数范围时，对所述第二激光进行耦合，得到耦合光；

光纤拉曼探头，与所述入射光纤连接，用于将所述耦合光经过过滤聚焦后传输至所述待测目标样品上激发拉曼光谱，从而得到初始光谱信号，并对所述初始光谱信号进行过滤得到光谱信号；

收集光纤，与所述光纤拉曼探头连接，用于将所述光谱信号传输至所述检测模块。

3.根据权利要求2所述的双波长近红外便携式拉曼光谱装置，其特征在于，所述传输模块采用自由光路拉曼探头结构，所述传输模块包括：

入射镜，与所述第一激光器和所述第二激光器连接，用于当待测目标样品的拉曼光谱特征峰位于第一波数范围时，对所述第一激光进行耦合，得到耦合光；当所述待测目标样品的拉曼光谱特征峰位于第二波数范围时，对所述第二激光进行耦合，得到耦合光；

自由光路拉曼探头，与所述入射镜连接，用于将所述耦合光经过过滤聚焦后传输至所述待测目标样品上激发拉曼光谱，从而得到初始光谱信号，并对所述初始光谱信号进行过滤得到光谱信号；

出射镜，与所述自由光路拉曼探头连接，用于将所述光谱信号传输至所述检测模块。

4.根据权利要求3所述的双波长近红外便携式拉曼光谱装置，其特征在于，所述光纤拉曼探头或所述自由光路拉曼探头包括：

滤光片，设置在所述耦合光的入射光路上，用于对所述耦合光进行滤波，得到纯净光信号；所述纯净光信号的波长小于或等于所述第一设定波长；

二向色镜，设置在所述滤光片的出射光路上，用于对所述纯净光信号进行透射；

聚焦透镜，设置在所述二向色镜的透射光路上，用于将透射的所述纯净光信号聚焦照射至所述待测目标样品上；所述纯净光信号用于激发所述待测目标样品的拉曼光谱，得到初始光谱信号；所述初始光谱信号透过所述聚焦透镜传输至所述二向色镜；所述二向色镜还用于对所述初始光谱信号进行反射；

长通滤光片，设置在所述二向色镜的反射光路上，用于对所述初始光谱信号进行过滤得到所述光谱信号；所述光谱信号的波长大于所述第一设定波长。

5.根据权利要求4所述的双波长近红外便携式拉曼光谱装置，其特征在于，所述滤光片为短通滤光片；所述短通滤光片的截止波长为所述第一设定波长。

6.根据权利要求4所述的双波长近红外便携式拉曼光谱装置，其特征在于，所述滤光片为双带通滤光片；所述双带通滤光片的截止波长的上限为所述第一设定波长，所述双带通滤光片的截止波长的下限为所述第二设定波长。

7.根据权利要求1所述的双波长近红外便携式拉曼光谱装置，其特征在于，所述检测模块包括：

单色仪，与所述传输模块连接，用于对所述光谱信号分光，得到多束单色光信号；

硅探测器，与所述单色仪连接，用于探测所述单色光信号，并将所述单色光信号转换成电信号，以得到拉曼光谱。

8.根据权利要求7所述的双波长近红外便携式拉曼光谱装置，其特征在于，所述单色仪结构为固定光栅结构。

9.根据权利要求1所述的双波长近红外便携式拉曼光谱装置，其特征在于，所述第一设定波长与所述第二设定波长的差值大于50nm，所述第一设定波长与所述第二设定波长的值均在700nm-1000nm范围内。

10.根据权利要求1所述的双波长近红外便携式拉曼光谱装置，其特征在于，所述第一设定波长为830nm，所述第二设定波长为730nm。

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