CN1423113A

CN1423113A - 红外光谱、拉曼光谱及荧光光谱的量测光谱装置

Info

Publication number: CN1423113A
Application number: CN 01140215
Authority: CN
Inventors: 林耀明; 王浩伟; 叶迎春
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2001-12-05
Filing date: 2001-12-05
Publication date: 2003-06-11
Anticipated expiration: 2021-12-05
Also published as: CN1267713C

Abstract

一种量测光谱装置,适用于量测红外光谱、拉曼光谱及荧光光谱；该装置包括:一红外光源、一激光光源、一红外光上转可见光物镜、一显微物镜、一双色镜、一目镜、一窄频滤光器、一可见光影像撷取器以及一样品座；当此量测光谱装置量测红外光谱时,使用红外光上转可见光物镜；当此量测光谱装置量测拉曼光谱或荧光光谱时,使用显微物镜。

Description

红外光谱、拉曼光谱及萤光光谱的量测光谱装置

技术领域

本发明是有关于量测光谱装置，用以量测红外光谱、拉曼光谱及萤光光谱。

背景技术

红外光谱、拉曼光谱及萤光光谱为确认化学成分的三种分析方法，且这些分析方法已广泛应用在各种有机与无机物的定性与定量分析。红外光谱与拉曼光谱属于振动光谱，可由光谱分析确认官能基或化学键。萤光光谱属于电子跃迁光谱，可由光谱分析确认化学分子的电子结构。然而，目前没有一种装置，能同时兼具量测红外光谱、拉曼光谱及萤光光谱。

发明内容

为了解决上述的问题，本发明的一个目的在于提出一种量测光谱装置，能兼具量测红外光谱、拉曼光谱及萤光光谱。因此，当一种光谱无法分析一待测样品的化学成分时，可使用此量测光谱装置获得其他光谱，以便更精确地分析此样品的化学成分。

本发明提出一种量测光谱装置，适用于量测红外光谱、拉曼光谱及萤光光谱。此装置包括：一红外光源、一激光光源、一红外光上转可见光物镜、一显微物镜、一双色镜、一目镜、一窄频滤光器、一可见光影像撷取器以及一样品座。当此量测光谱装置量测红外光谱时，使用红外光上转可见光物镜。当此量测光谱装置量测拉曼光谱或萤光光谱时，使用显微物镜。

本发明的一特征在于，使用红外光上转可见光物镜获得红外光谱以及使用显微物镜获得拉曼光谱或萤光光谱。

本发明的另一特征在于，当量测红外光谱时，上述红外光上转可见光物镜具有一光学晶体与一红外反射式物镜。

本发明的再一特征在于，上述窄频滤光器包括一液晶可调波长滤光片与一凹口滤光片。

本发明的一优点在于，此量测光谱装置兼具量测红外光谱、拉曼光谱及萤光光谱，而且，降低购置三种光谱量测装置的成本。

附图说明

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一实施例，并配合附图，作详细说明如下：

图1为适用于量测红外光谱、拉曼光谱及萤光光谱的量测光谱装置的示意图；

图2为说明此光学晶体的一侧面形成一双色膜的光学特性的示意图；

图3A为显示凹口滤光片的穿透光谱的示意图；

图3B为显示液晶可调波长滤光片的穿透光谱示意图。

图号说明：

1、红外光源；

2、红外聚光镜组；

3、红外光束；

4、样品座；

5、红外光物镜；

6、光学晶体；

7、准直的激光光束；

8、双色膜；

9、目镜；

10、可见光影像撷取器；

11、激光光源；

12、凹透镜；

13、双色镜；

14、凹口滤光片；

15、显微物镜；

16、发散的激光光束；

17、液晶可调波长滤光片；

18、红外光上转可见光物镜；

19、窄频率光器；

20、样品；

21a、具有红外光谱的红外光束；

21b、准直的红外光束；

22、激光光束；

23、凸透镜；

24、和频光束

具体实施方式

图1概要地显示适用于量测红外光谱、拉曼光谱及萤光光谱的量测光谱装置。如图1所示，本发明的量测光谱装置包括：一红外光源1、一激光光源11、一红外光上转可见光物镜18、一显微物镜15、一双色镜13、一目镜9、一窄频滤光器19、一可见光影像撷取器10以及一样品座4；其中，上述红外光上转可见光物镜18更包括：一光学晶体6与红外光物镜5。当本发明的量测光谱装置量测拉曼光谱以及萤光光谱时，使用显微物镜15。当本发明的量测光谱装置量测红外光谱时，使用红外光上转可见光物镜18。此外，当量测红外光谱时，本发明的量测装置更包括一红外聚光镜组2，将红外光束3汇聚于待测样品20上。

当本发明的量测光谱装置量测红外光谱时，参考图1，一待测样品20设置于本发明的量测光谱装置的样品座4，并且红外光源1发射一红外光束3。接着，此红外光束3借由一红外聚光镜组2汇聚地照射此样品20。红外光束3与样品20中的化学分子官能基或化学键作用；接着，产生具有一振动光谱的红外光束21。样品20产生的具有振动光谱的红外光束21进入一红外光上转可见光物镜18；其中，此红外光上转可见光物镜18具有一红外光物镜5与一光学晶体6。于红外光上转可见光物镜18中，此红外光物镜5为一红外无限道修正反射式物镜(IR infinity-correctedreflective object lens)；因此，此红外光物镜5将具有振动光谱的红外光束21a反射至无穷远处成像。换言之，此红外无限远修正反射式物镜5将样品20产生的红外光束21a反射成准直的红外光束21b。

参考图1，一可见光光源11，例如一激光光源，产生一单频可见光束22；接着，单频可见光束22借由一凹透镜12与一凸透镜23形成准直的单频可见光束7。接着，此单频可见光束7借由一双色镜13反射至红外光上转可见光物镜18。于红外光转换可见光物镜18中，来自可见光光源11的单频可见光束入射一光学晶体6，例如一双折射晶体(birefringentcrystal)或一准相位匹配晶体(quasi-phase matching crystal)。此外，准直的红外光束21b亦入射此光学晶体6。

图2概要地说明此光学晶体的一侧面形成一双色膜的光学特性。如图2所示，于本发明的实施例中，此光学晶体6的一侧面具有一双色膜(dichroic film)8；其中，红外光21b穿透此双色膜8，且可见光7借由此双色膜8反射。参考图1与图2，于此光学晶体6中，当具有振动光谱的红外光束21b与单频可见光束7满足下列条件时，叠加形成一和频光束24。此条件为一相位匹配(phase-matching)条件，其包括下列一个等式：

1/λir+1/λp＝1/λs (1)

n_o(λir)/λp+n_o(λp)/λp＝n_e(λs，θ，T，V)/λs (2)

其中，λir为红外光束的波长，λp为可见光束的波长，λs为和频光束的波长，n_o为寻常光折射率(ordinary ray index)，n_e为非寻常光折射率(extraordinary ray index)。等式(1)为说明红外光束与单频可见光束必须满足能量守恒；且等式(2)为说明红外光束与单频可见光束必须满足动量守恒。此外，由等式(2)可看出改变晶体的角度θ、温度T及电压V亦会影响n_e值。

参考图1，和频光束通过上述双色镜13、一窄频滤光器19及一目镜9；其中，此窄频率光器19包括一凹口滤光片14及一液晶可调波长滤光片17。此窄频滤光器19防止单频可见光束7通过。最后，此和频光束借由一可见光影像撷取器10，例如一CCD，接收。

当本发明的量测光谱装置量测拉曼光谱或萤光光谱时，参考图1，一待测样品20设置于本发明的量测光谱装置的样品座4，并且激光光源11发射一激光光束22。此激光光束22借由一凹透镜12与凸透镜23形成略为发散的激光光束16。此激光光束16借由一双色镜13反射至一显微物镜15；接着，借由此显微物镜15在样品20上形成区域照明。本发明中，此显微物镜15为一无限远修正物镜。样品20被此激光光束16激发产生各种振动模的拉曼光谱的拉曼光束或具有萤光光谱的萤光光束。

参考图1，拉曼光束或萤光光束依序通过上述显微物镜15、双色镜13、一窄频滤光器19及一目镜9；其中，此窄频率光器19包括一凹口滤光片14及一液晶可调波长滤光片17。此窄频滤光器19防止激光光束16通过。最后此拉曼光束或萤光光束借由一可见光影像撷取器10，例如一CCD，接收。

图3A概要地显示凹口滤光片的穿透光谱。如图3A所示，激光光源产生的激光光束无法通过此凹口滤光片。图3B概要地显示液晶可调波长滤光片的穿透光谱。如图3B所示，液晶可调波长滤光片选择不同波长的拉曼光谱或萤光光谱通过。进一步，借由液晶可调波长滤光片突显一既定波长的拉曼光谱或萤光光谱。

虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视申请专利范围所界定为准。

Claims

1.一种量测光谱装置，适用于量测红外光谱、拉曼光谱及萤光光谱，包括：

一样品座，于该样品座上设置一样品；

一红外光源，当该量测光谱装置量测红外光谱时，发射一红外光束且该红外光束入射上述样品，接着该样品产生具有一振动光谱的红外光束；

一激光光源，发射一单频激光光束，当该量测光谱装置量测拉曼光谱或萤光光谱时，该单频激光光束照射；

一红外光上转可见光物镜，当该量测光谱装置量测红外光谱时，使用该红外光上转可见光物镜，其包括一光学晶体与一红外光物镜，该光学晶体的一侧面具有一双色膜，该红外光物镜接收上述振动光谱的红外光束并将具有振动光谱的红外光束产生准直的具有振动光谱的红外光束入射该光学晶体，且上述单频激光光束入射该光学晶体并借由该光学晶体的双色膜反射，其中，于该光学晶体中，该单频激光光束与该具有振动光谱的红外光束形成一和频光束；

一显微物镜，当该量测光谱装置量测拉曼光谱或萤光光谱时，使用该显微物镜将上述单频激光光束照射上述样品，接着该样品产生拉曼光谱的拉曼光束或萤光光谱的萤光光束再通过该显微物镜；

一目镜，将上述和频光束、拉曼光束及萤光光束成像于一既定位置；以及

一可见光影像撷取器，设置于上述既定位置，且接收上述和频光束、拉曼光束及萤光光束。

2.如申权利要求1所述的量测光谱装置，其中上述红外光物镜为一红外无限远修正反射式物镜。

3.如申权利要求1所述的量测光谱装置，其中上述光学晶体为一双折射晶体。

4.如申权利要求1所述的量测光谱装置，其中上述光学晶体为一准相位匹配晶体。

5.如申权利要求1所述的量测光谱装置，更包括一双色镜，将上述单频激光光束反射至该红外光上转可见光物镜或该显微物镜，且使上述和频光束、拉曼光束及萤光光束通过该双色镜。

6.如申权利要求1所述的量测光谱装置，更包括一窄频率光器，防止单频激光光束被该可见光影像撷取器接收。

7.如申权利要求6所述的量测光谱装置，其中上述窄频率光器包括一凹口滤光片以及一液晶可调波长滤光片。

8.如申权利要求1所述的量测光谱装置，其中上述可见光影像撷取器为一CCD。

9.如申权利要求1所述的量测光谱装置，其中上述显微物镜为一无限远修正物镜。

10.如申权利要求1所述的量测光谱装置，更包括一凹透镜与一凸透镜，当该量测光谱装置量测红外光谱时，该凹透镜与该凸透镜将来自光源的激光光束形成准直的激光光束，当该量测光谱装置量测拉曼光谱及萤光光谱时，该凹透镜与该凸透镜将来自激光光源的激光光束形成略为发散的激光光束。

11.如申权利要求1所述的量测光谱装置，更包括一红外聚光镜组，将来自上述红外光源的红外光束照射至上述样品。