CN204989029U - 分立式拉曼光纤探头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及拉曼光谱分析技术领域，尤其是涉及一种分立式拉曼光纤探头，包括半导体激光器、激发透镜、采集透镜、输出光纤和机壳；机壳上设置有测量孔，激发透镜和采集透镜均设置在机壳内，且激发透镜和采集透镜之间具有角度，激发透镜的主光轴和采集透镜的主光轴均穿过测量孔；半导体激光器用于向激发透镜投射激光，以使激光通过激发透镜投射至样品上；采集透镜采集样品的拉曼散射光，并输送至输出光纤内。本实用新型提供的一种分立式拉曼光纤探头，采用不对称结构，使采集光路不会收集到样品或载体的反射光；将激发光路和采集光路完全分开，不再共用一个透镜实现光的聚焦和接收，避免了对一个透镜的参数要求过高，且不存在离轴像差问题。

Description

分立式拉曼光纤探头

技术领域

本实用新型涉及拉曼光谱分析技术领域，尤其是涉及一种分立式拉曼光纤探头。

背景技术

拉曼光谱分析法是基于印度科学家C.V.拉曼(Raman)所发现的拉曼散射效应，对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息，并应用于分子结构研究的一种分析方法。

激光拉曼光谱检测技术作为一种光谱分析技术，因其能够提供快速、简单、可重复且更重要的是无损伤的定性定量分析，被广泛应用。通常，激光拉曼光谱检测系统有三部分组成：激光器、拉曼探头和光谱分析仪，激光器发出的光束经过拉曼探头准直聚焦照射到被激发的物质上，散射的拉曼光再次经过拉曼探头接收滤波后，由光谱分析仪来进行拉曼光谱分析，从而确定物质的化学结构、相和形态、结晶度和分子相互作用的详细信息。

在激光拉曼光谱检测系统中，拉曼探头作为光束的准直激发、散射光的收集、微弱拉曼散射光滤波提取、杂散光的屏蔽的功能，具有非常重要的作用。目前，市场上常见的双光纤探头工作原理：激光器发出的激光通过入射光纤，经过带通滤光片，反射镜，透镜聚焦至样品；样品发出的拉曼散射光经过同一透镜进行采集，再经过另一透镜聚焦，通过带阻滤光片滤掉瑞利散射光后由收集光纤传导至光谱仪。

但是，由于双光路探头激发光路和采集光路共用一个透镜，采集光路不仅会收集到拉曼光，还会收集到样品或载体(如载玻片、玻璃瓶等)的反射光，反射光的强度可能远大于拉曼光的强度，这样不仅对后面的带阻滤光片的性能要求更高，而且会存在离轴像差等问题。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供的一种分立式拉曼光纤探头，包括半导体激光器、激发透镜、采集透镜、输出光纤和机壳；

机壳上设置有测量孔，测量孔用于对准样品以便检测；激发透镜和采集透镜均设置在机壳内，且激发透镜和采集透镜之间具有角度，激发透镜的主光轴和采集透镜的主光轴均穿过测量孔；半导体激光器用于向激发透镜投射激光，以使激光通过激发透镜投射至样品上；采集透镜采集样品的拉曼散射光，并输送至输出光纤内。

进一步地，半导体激光器设置在机壳内，半导体激光器与激发透镜之间，沿着光路的方向，依次设置有反射镜和带通滤光片。

进一步地，采集透镜与输出光纤之间还设置有陷波滤光片，陷波滤光片用于滤掉瑞利散射光。

进一步地，陷波滤光片与输出光纤之间还设置有光纤准直器。

进一步地，采集透镜采用焦距f＝15mm，孔径Ф＝12.7mm，数值孔径为0.42，镀有650-1050nm的增透膜的双凸透镜。

进一步地，激发透镜采用焦距f＝25mm，孔径Ф＝12.7mm，镀有650-1050nm的增透膜的平凸透镜。

进一步地，反射镜采用直径为30mm的硅基镀金反射镜。

本实用新型提供的一种分立式拉曼光纤探头，采用不对称结构，使采集光路不会收集到样品或载体的反射光；将激发光路和采集光路完全分开，不再共用一个透镜实现光的聚焦和接收，避免了对一个透镜的参数要求过高，且不存在离轴像差问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的分立式拉曼光纤探头的示意图；

附图标记：

1-半导体激光器；2-激发透镜；3-采集透镜；

4-输出光纤；5-机壳；6-反射镜；

7-带通滤光片；8-陷波滤光片；9-光纤准直器；

10-样品。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

图1为本实用新型实施例提供的分立式拉曼光纤探头的示意图。如图1所示，本实施例提供的一种分立式拉曼光纤探头，包括半导体激光器1、激发透镜2、采集透镜3、输出光纤4和机壳5；

机壳上设置有测量孔(图中未示出)，测量孔用于对准样品10以便检测；激发透镜2和采集透镜3均设置在机壳5内，且激发透镜2和采集透镜3之间具有角度，激发透镜2的主光轴和采集透镜3的主光轴均穿过测量孔；半导体激光器1用于向激发透镜2投射激光，以使激光通过激发透镜2投射至样品10上；采集透镜3采集样品10的拉曼散射光，并输送至输出光纤4内。

其中，半导体激光器1采用带有透镜准直的785nm激光二极管，其输出功率不低于300mw，实际测得该激光器输出中心波长为784.9nm，光谱线宽优于0.2nm，发散角小于3mrad。输出光纤4选用纤芯直径为200um，长2.5m的近红外光纤。

在上述实施例的基础上，进一步地，半导体激光器1设置在机壳5内，半导体激光器1与激发透镜2之间，沿着光路的方向，依次设置有反射镜6和带通滤光片7。

为避免激光器边带谱成分或杂散光进入激发光路，在激发光路中配有带通滤光片7，选用的带通滤光片7直径为25mm，中心波长为780nm，半高宽FWHM＝10nm，在截止区的光学密度OD>5。

为了减小拉曼光纤探头的体积，并且使得探头适合手持操作，需要对光路进行适当折叠，因此设置有反射镜6。反射镜6选用直径为30mm的硅基镀金反射镜，其在红外波段反射率均不低于98％，并镀有保护膜。

在上述实施例的基础上，进一步地，采集透镜3与输出光纤4之间还设置有陷波滤光片8，陷波滤光8片用于滤掉瑞利散射光。

通常拉曼散射光只有瑞利散射光的10^-3-10^-6倍，必须采用性能较好的陷波滤光片才能有效抑制瑞利散射光对拉曼光谱测量的影响。选用的陷波滤光片8中心波长为785nm，半高宽FWHM＝33nm，在截止区的光学密度OD>6。

在上述实施例的基础上，进一步地，陷波滤光片8与输出光纤4之间还设置有光纤准直器9。

为将拉曼散射光耦合进输出光纤4，设置有光纤准直器9，其内部为双胶合透镜，中心波长为842nm，镜头孔径Ф＝24mm，数值孔径为0.25，光纤接口为FC/APC接口。

参见图1，本实施例提供的一种分立式拉曼光纤探头，通过探头内部的半导体激光器1发出激光，激光依次经过反射镜6的折射，带通滤光片7的过滤以及激发透镜2的聚焦，最后照射到样品10上，激发样品10产生拉曼效应发出拉曼散射光和瑞利散射光，发出的散射光由采集透镜3收集，然后经过陷波滤光片8过滤掉瑞利散射光，剩下的拉曼散射光经光纤准直器9耦合进入输出光纤4，最终由光谱仪进行检测分析。

如图1所示的分立式拉曼光纤探头，探头上半部为采集光路，下半部分为激发光路，这样的立体结构方便使用者单手持握。对于加工和安装误差较为敏感的透镜和光纤准直器，采用了套筒式结构。即透镜装在小套筒内，用卡环固定，采用螺纹配合的方式拧入大套筒内，大套筒安装于底座上，底座固定在机壳底板上。

这种类似相机镜头调焦的方式，通过螺纹的旋进旋出，使安装有透镜的小套筒在固定在机壳底板上的大套筒中可以前后移动，这样不仅可以方便前后调节透镜的位置，保证整个光路共轴，而且加工容易，装配拆卸简单，简化了调试工作，使加工误差对系统的影响变小。

在上述实施例的基础上，进一步地，采集透镜3采用焦距f＝15mm，孔径Ф＝12.7mm，数值孔径为0.42，镀有650-1050nm的增透膜的双凸透镜。

由于拉曼散射光向整个半球面空间散射，为了保证收集效率，应采用数值孔径(NA)尽可能大的透镜作为拉曼散射光采集透镜。数值孔径越大则收集能力越强，但是数值孔径0.5以上的透镜加工难度大、成本高。最终采集透镜3采用焦距f＝15mm，孔径Ф＝12.7mm，数值孔径为0.42，镀有650-1050nm的增透膜的双凸透镜。

在上述实施例的基础上，进一步地，激发透镜2采用焦距f＝25mm，孔径Ф＝12.7mm，镀有650-1050nm的增透膜的平凸透镜。

为了实现分立结构，方便元件的安装，我们选择比采集透镜焦距长一些的激发透镜。最终激发透镜2采用焦距f＝25mm，孔径Ф＝12.7mm，镀有650-1050nm的增透膜的平凸透镜。

通过以上实施方式，本实施例提供的一种分立式拉曼光纤探头，采用不对称结构，使采集光路不会收集到样品或载体的反射光；将激发光路和采集光路完全分开，不再共用一个透镜实现光的聚焦和接收，避免了对一个透镜的参数要求过高，且不存在离轴像差问题；直接将激光器安置在探头内部，不用输入光纤，避免了激光器到光纤的耦合以及光纤再准直的过程，使整体设计更紧凑，成本和工艺难度得到控制。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种分立式拉曼光纤探头，其特征在于，包括半导体激光器、激发透镜、采集透镜、输出光纤和机壳；

所述机壳上设置有测量孔，所述测量孔用于对准样品以便检测；所述激发透镜和所述采集透镜均设置在所述机壳内，且所述激发透镜和所述采集透镜之间具有角度，所述激发透镜的主光轴和所述采集透镜的主光轴均穿过所述测量孔；所述半导体激光器用于向所述激发透镜投射激光，以使所述激光通过所述激发透镜投射至所述样品上；所述采集透镜采集所述样品的拉曼散射光，并输送至所述输出光纤内。

2.根据权利要求1所述的分立式拉曼光纤探头，其特征在于，所述半导体激光器设置在所述机壳内，所述半导体激光器与所述激发透镜之间，沿着光路的方向，依次设置有反射镜和带通滤光片。

3.根据权利要求2所述的分立式拉曼光纤探头，其特征在于，所述采集透镜与所述输出光纤之间还设置有陷波滤光片，所述陷波滤光片用于滤掉瑞利散射光。

4.根据权利要求1-3任一项所述的分立式拉曼光纤探头，其特征在于，所述陷波滤光片与所述输出光纤之间还设置有光纤准直器。

5.根据权利要求4所述的分立式拉曼光纤探头，其特征在于，所述采集透镜采用焦距f＝15mm，孔径Ф＝12.7mm，数值孔径为0.42，镀有650-1050nm的增透膜的双凸透镜。

6.根据权利要求4所述的分立式拉曼光纤探头，其特征在于，所述激发透镜采用焦距f＝25mm，孔径Ф＝12.7mm，镀有650-1050nm的增透膜的平凸透镜。

7.根据权利要求4所述的分立式拉曼光纤探头，其特征在于，所述反射镜采用直径为30mm的硅基镀金反射镜。