CN204142632U - 拉曼散射光多点激发收集装置及拉曼检测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种拉曼散射光多点激发收集装置，其特征在于，包括：提供入射激光的光源；微球阵列；位于微球阵列上方的物镜；位于物镜上方的二向色镜；以及用于固定微球阵列的透明基板。其中，微球阵列设置在物镜的焦平面上。微球阵列包括按阵列方式水平排布的若干个微球，每个微球固定在透明基板上。待检测的样品在下方贴近微球阵列，每个微球将投射到其上的入射激光再次会聚在样品上，形成光点阵列。本实用新型的拉曼散射光多点激发收集装置既能扩大待测样品表面激发拉曼散射的区域，又能增强拉曼散射光接收。

Description

拉曼散射光多点激发收集装置及拉曼检测仪

技术领域

本实用新型涉及一种拉曼散射光多点激发收集装置及拉曼检测仪，属于光学技术领域。 

背景技术

拉曼效应，也称拉曼散射，光子的非弹性散射现象，1928年由印度物理学家钱德拉塞卡拉·拉曼发现，指光波在被散射后频率发生变化的现象。当光线从一个原子或分子散射出来时，绝大多数的光子，都是弹性散射的，这称为瑞利散射。在瑞利散射下，散射出来的光子，跟射入时的光子，它的能量、频率与波长是相同的。然而，有一小部份散射的光子，大约是一千万个光子中会出现一个，散射后的频率会产生变化，通常是低于射入时的光子频率，原因是入射光子和介质分子之间发生能量交换。这即是拉曼散射。 

由于拉曼散射十分微弱，如何增强拉曼散射光的采集是拉曼散射研究及应用的基础。首先由于拉曼散射光是朝各个方向散射的，所以接收拉曼散射光的物镜数值孔径越大，接收的拉曼散射光越多。但如果物镜数值孔径过大，激光透过物镜在待测样品表面形成的光斑会过小，即待测样品表面激发拉曼散射的区域面积过小，如果待测样品中物质的浓度分布不均匀，在这个过小的区域内产生的拉曼散射光无法准确反映待测样品中物质整体的浓度，也会给基于拉曼光谱分析带来更多的误判。 

在手持式拉曼光谱分析仪中接收拉曼散射光的物镜数值孔径比 较小，这样激光透过物镜可以在待测物表面形成一个较大的光斑，但收集的拉曼散射光却很少。在台式拉曼光谱分析仪中接收拉曼散射光的物镜数值孔径比较大，可以收集较多的拉曼散射光，但激光透过物镜可以在待测物表面形成的光斑却较小，得到的拉曼散射光无法准确测得待测样品中物质的整体浓度。既要扩大待测样品表面激发拉曼散射的区域，又要增强拉曼散射光的接收，这是设计拉曼散射光发生与采集装置的难题。 

实用新型内容

本实用新型是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种既能扩大待测样品表面激发拉曼散射的区域，又能增强拉曼散射光接收的拉曼散射光多点激发收集装置及拉曼检测仪。 

本实用新型为了实现上述目的，采用了以下结构。 

本实用新型提供一种拉曼散射光多点激发收集装置，其特征在于，包括：提供入射激光的光源；微球阵列；位于微球阵列上方的物镜；位于物镜上方的二向色镜；以及用于固定微球阵列的透明基板。 

其中，微球阵列设置在物镜的焦平面上。微球阵列包括按阵列方式水平排布的若干个微球，每个微球固定在透明基板上。待检测的样品在下方贴近微球阵列，每个微球将投射到其上的入射激光再次会聚在样品上，形成光点阵列。 

另外，在本实用新型的拉曼散射光多点激发收集装置中，还可以具有这样的特征：其中，基板固定在微球阵列的上方或下方。 

另外，在本实用新型的拉曼散射光多点激发收集装置中，还可以 具有这样的特征：其中，微球单层排布。 

另外，在本实用新型的拉曼散射光多点激发收集装置中，还可以具有这样的特征：其中，微球的直径范围为200纳米至10微米。 

另外，在本实用新型的拉曼散射光多点激发收集装置中，还可以具有这样的特征：其中，二向色镜水平倾斜45°放置。 

另外，在本实用新型的拉曼散射光多点激发收集装置中，还可以具有这样的特征，还包括：位于二向色镜上方用于接收拉曼散射光的探测器。 

另外，在本实用新型的拉曼散射光多点激发收集装置中，还可以具有这样的特征，还包括：位于二向色镜和探测器之间用于会聚拉曼散射光到探测器上的透镜。 

本实用新型还提供一种拉曼检测仪，其特征在于，包括：用于激发并收集样品中拉曼散射光的拉曼散射光多点激发收集装置，拉曼散射光多点激发收集装置为上述的拉曼散射光多点激发收集装置；以及与拉曼散射光多点激发收集装置连接的光谱分析仪，用于测量拉曼散射光中不同波长光的相对强度以获得拉曼光谱。 

实用新型作用与效果 

根据本实用新型的拉曼散射光多点激发收集装置，由于在物镜的下方设置了包括若干个微球的微球阵列，因此入射激光经物镜会聚后形成比较大的一个光斑，光斑范围内的微球又将激光会聚到样品上，形成面积更小但能量更集中的光点，从而能够在较大的光斑范围内激发拉曼散射光，扩大了待测样品表面激发拉曼散射的区域，由于微球 整齐均匀的排列，在这个区域内激发拉曼散射的位置也是均匀分布的，因此，所得到的拉曼散射光可以准确代表待测样品中物质的浓度；而且由于微球的数值孔径较大，能够接收更多的拉曼散射光，因此能够增强了拉曼散射光的接收。 

附图说明

图1为本实用新型的拉曼散射光多点激发收集装置在实施例中的结构示意图；以及 

图2为本实用新型的微球阵列的分布示意图。 

具体实施方式

以下参照附图对本实用新型所涉及的拉曼散射光多点激发收集装置及拉曼检测仪做详细阐述。 

<实施例1> 

拉曼检测仪包括拉曼散射光多点激发收集装置和光谱分析仪。拉曼散射光多点激发收集装置用于激发并收集样品中的拉曼散射光。光谱分析仪用于测量拉曼散射光中不同波长光的相对强度以获得拉曼光谱。 

图1为本实用新型的拉曼散射光多点激发收集装置在实施例中的结构示意图。 

如图1所示，拉曼散射光多点激发收集装置10包括：探测器7、透镜6、二向色镜1、光源8、物镜2、微球阵列3、以及透明基板4。 

探测器7位于装置的最顶端，与光谱分析仪连接。透镜6位于探测器的下方。探测器7处于透镜6的焦平面上。 

二向色镜1位于透镜6的下方，且水平倾斜45°放置。光源8位于二向色镜1的左方，能够发射水平方向的激光束。物镜2位于二向色镜1的正下方。物镜2的主光轴与经二向色镜1反射的激光光束中心轴重合。 

微球阵列3位于物镜2下方的焦平面上。物镜2能够将经二向色镜1反射的激光束会聚到微球阵列3上。由于物镜2的数值孔径较小，将在微球阵列3上形成一个较大的光斑。 

图2为本实用新型的微球阵列的分布示意图。 

如图1和图2所示，微球阵列3包括水平排布的若干个微球31。若干个微球31在透明基板4上方按阵列方式单层排布。微球31的直径均为1微米。 

每个所述微球31都固定在下方的透明基板4上。待测的样品5的上表面与透明基板4的下表面紧密接触。每个微球31会将投射到其上的入射激光再次会聚在样品5上，形成光点阵列。 

每个微球31形成的光斑到微球下表面的距离为工作距。透明基板4非常薄，厚度小于微球31的工作距，使得微球形31成的光斑穿过透明基板4照射到样品上，此时微球31的工作距会被透明基板4占用一部分，因此对样品的平整度要求较高。 

拉曼散射光的多点激发过程： 

光源8发射出水平方向的入射激光，入射激光经二向色镜1反射后朝垂直方向传播，并到达物镜2。物镜2将接收到的激光会聚到透明基板4上的微球阵列3上。物镜2的数值孔径较小，所以激光经物 镜2会聚后在微球阵列3上形成比较大的一个光斑。 

在由物镜2生成的光斑范围内的每一个微球31将其上方的激光会聚在其下方的透明基板4下方，并形成面积更小但能量更集中的光点。每一个光点对应一个微球31，所以形成的光点阵列的排列方式与微球阵列3一致。光点投射到样品5的上表面，并激发拉曼散射。 

由于光点阵列包括均匀排布的若干个光点，因此能够在样品5表面实现拉曼散射光的多点激发；而且在光斑区域内激发拉曼散射的位置也是均匀分布的，因此，所得到的拉曼散射光可以准确代表待测样品中物质的浓度。 

拉曼散射光的收集过程： 

入射激光依次通过二向色镜、物镜2、微球阵列3、以及透明基板4后，在样品5的表面上激发出拉曼散射光。但是，只有一部分激光会激发拉曼散射，大部分激光将会反射回去。拉曼散射光和反射回来的激光透过透明基板4后，会将被微球阵列3收集。微球阵列3将收集拉曼散射光及反射回来的激光会聚在物镜2可接收范围内。由于微球31数值孔径较大，因此可收集大部分拉曼散射光。 

接着，经微球阵列3会聚后的拉曼散射光及反射回来的激光会被物镜2再次会聚，使其成为平行光入射到二向色镜1上。然后，二向色镜1将波长较长的拉曼散射光透射过去，并阻挡反射回来的激光。透射出来的拉曼散射光经透镜6会聚到探测器7上。探测器7连接光谱分析仪，光谱分析仪接收到拉曼信号后，探测器7会将拉曼信号传递至拉曼光谱分析仪，能够得到高质量的拉曼光谱，从而很容易分析 出样品5的成分等。 

实施例作用与效果 

根据本实施例所涉及的拉曼散射光多点激发收集装置，由于在物镜的下方设置了包括若干个微球的微球阵列，因此入射激光经物镜会聚后形成比较大的一个光斑，光斑范围内的微球又将激光会聚到样品上，形成面积更小但能量更集中的光点，从而能够在较大的光斑范围内激发拉曼散射光，扩大了待测样品表面激发拉曼散射的区域，由于微球整齐均匀的排列，在这个区域内激发拉曼散射的位置也是均匀分布的，因此，所得到的拉曼散射光可以准确代表待测样品中物质的浓度；而且由于微球的数值孔径较大，能够接收更多的拉曼散射光，因此能够增强了拉曼散射光的接收。 

<实施例2> 

本实施例2中透明基板4能设置在微球阵列3的上方，这时样品5从下方贴近微球阵列3。其他的结构与实施例1中保持相同。 

由于样品5可以直接与微球31接触，那么微球31形成的光斑直接照射样品5，使得微球31的工作距没有被透明基板4占用。此时即使样品5略有不平整，每个微球31下的光斑也能够照射样品，激发拉曼散射光，且拉曼散射光的强度不容易损失。 

当然，本实用新型涉及的拉曼散射光多点激发收集装置并不仅仅限定于在以上实施例中的结构。微球的直径还可以为200纳米至10微米范围内的其他数值大小，而且微球的直径越大，工作距越大，激发出的拉曼散射光的强度越不容易损失。 

Claims (8)

1.一种拉曼散射光多点激发收集装置，其特征在于，包括：

提供入射激光的光源；

微球阵列；

位于所述微球阵列上方的物镜；

位于所述物镜上方的二向色镜；以及

用于固定所述微球阵列的透明基板，

其中，所述微球阵列设置在所述物镜的焦平面上，

所述微球阵列包括按阵列方式水平排布的若干个微球，每个所述微球固定在所述透明基板上，

待检测的样品在下方贴近所述微球阵列，每个所述微球将投射到其上的所述入射激光再次会聚在所述样品上，形成光点阵列。

2.根据权利要求1所述的拉曼散射光多点激发收集装置，其特征在于：

其中，所述基板固定在所述微球阵列的上方或下方。

3.根据权利要求1所述的拉曼散射光多点激发收集装置，其特征在于：

其中，所述微球单层排布。

4.根据权利要求1所述的拉曼散射光多点激发收集装置，其特征在于：

其中，所述微球的直径范围为200纳米至10微米。

5.根据权利要求1所述的拉曼散射光多点激发收集装置，其特征在于：

其中，所述二向色镜水平倾斜45°放置。

6.根据权利要求1所述的拉曼散射光多点激发收集装置，其特征在于，还包括：

位于所述二向色镜上方用于接收拉曼散射光的探测器。

7.根据权利要求6所述的拉曼散射光多点激发收集装置，其特征在于，还包括：

位于所述二向色镜和所述探测器之间用于会聚拉曼散射光到所述探测器上的透镜。

8.一种拉曼检测仪，其特征在于，包括：

用于激发并收集样品中拉曼散射光的拉曼散射光多点激发收集装置，所述拉曼散射光多点激发收集装置为权利要求1至权利要求7中任意一项所述的拉曼散射光多点激发收集装置；以及

与所述拉曼散射光多点激发收集装置连接的光谱分析仪，用于测量拉曼散射光中不同波长光的相对强度以获得拉曼光谱。