CN206177461U - 一种小型拉曼光谱仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种小型拉曼光谱仪，其包括拉曼前光路装置、光谱仪及CCD探测器；拉曼前光路装置包括激光器、激光线滤光片、二向色镜、会聚镜、样品架、瑞利散射滤光片、平面反射镜和耦合透镜；其中，所述激光器发射出的激光通过激光线滤光片后，经二向色镜反射，再通过会聚镜聚焦于待测样品；激光激发待测样品后产生的拉曼信号经二向色镜透射后通过瑞利散射滤光片，再经平面反射镜反射后通过耦合透镜会聚进入光谱仪的入射口。本实用新型采用直接光路耦合的方式，提高了拉曼信号的收集效率，也使得待测样品可选择性提高；另，本实用新型采用制冷型面阵CCD探测器进行光谱采集，具有较高的信噪比。
Description
技术领域
本实用新型涉及拉曼光谱技术，特别是关于一种小型拉曼光谱仪。
背景技术
拉曼光谱是一种指纹图谱，不同种类的化合物由于其化学结构不同，拉曼光谱的特征峰也不一样。随着近些年激光技术和CCD技术的迅猛发展，便携式拉曼光谱检测产品逐渐走进了实用化的阶段，一大批的公司都开始研制和生产便携式拉曼光谱产品，降低了拉曼光谱的使用门槛。拉曼光谱在快速鉴定未知化合物相关领域已经取得了重要的应用，这些相关领域包括生物科学、医疗诊断、制药工业、食品安全、化学监控等。拉曼光谱仪还可以用于生产车间或在线应用，因为它不需要样品前处理，不需要直接接触样品。
目前，申请人已开发出Finder Vista(微曼)、Finder One(微谱)、MiRass(微振)和组合式拉曼光谱系统，这些产品具有高分辨率、高信噪比，属于科研级拉曼光谱仪产品，其主要用于高等院校和科研院所的物理和化学实验研究。由于科研级拉曼光谱仪产品体积大、不易携带，并不适用于检测级客户，所以，研发适用于检测级客户的小型拉曼光谱仪已成为本领域亟需解决的技术问题。另外，申请人通过上述这几款科研级拉曼产品的研发，掌握了丰富的拉曼应用经验以及大量拉曼光谱仪设计的关键技术。申请人有充足的信心研发出可以满足市场需要的小型拉曼光谱仪。
从技术发展的长期性和需求的长期性来看，微型/手持式拉曼光谱仪必将是本领域发展的主要趋势，其主要由小型化的分光模块(光谱仪)和CCD线阵器件(制冷或室温型)及激光光路等构成。现阶段，微型/手持式拉曼光谱仪主要受限于CCD线阵器件的性能，难以达到拉曼检测的需求，所以市面上的微型/手持式拉曼光谱仪通常只是“看上去挺美”，离实用化还有一定的距离，即使配合SERS技术，大多数情况下仍然难以满足检测尤其是痕量检测的实际需求，再加上SERS技术本身还不够成熟和高效，使得手持式拉曼光谱仪在短期内难以引领市场。
与本实用新型相关的现有技术：
1、目前，为了使用方便及统一耦合方式，市场上绝大多数微型拉曼光谱仪均采用光纤耦合的方式，但是光纤耦合能量损失较大，在拉曼的探测应用上，无法测试到一些拉曼信号较弱的样品，这样使得样品的可选择性降低。
这些微型拉曼光谱仪的前光路模块的耦合方式通用性低，没有固定的耦合接口，其无法与任意一款光谱仪进行直接耦合，耦合光路需要进行专门的设计。
2、目前，市场上绝大多数微型拉曼光谱仪均使用制冷型科研级CCD，成本较高。
实用新型内容
为了解决上述缺点和不足，本实用新型的目的在于提供一种小型拉曼光谱仪。
为达到上述目的，本实用新型提供了一种小型拉曼光谱仪，该光谱仪包括拉曼前光路装置、光谱仪9及CCD探测器10；
所述拉曼前光路装置包括激光器1、激光线滤光片2、二向色镜3、会聚镜4、样品架5、瑞利散射滤光片6、平面反射镜7和耦合透镜8；
其中，所述激光器1发射出的激光通过激光线滤光片2后，经二向色镜3反射，再通过会聚镜4聚焦于待测样品；
激光激发待测样品后产生的拉曼信号经二向色镜3透射后通过瑞利散射滤光片6，再经平面反射镜7反射后通过耦合透镜8会聚进入光谱仪9的入射口。
根据本实用新型所述的小型拉曼光谱仪，其中，所述拉曼前光路装置与光谱仪通过一组耦合透镜进行耦合，该耦合透镜具有与光谱仪一致的F/#，以保证前光路拉曼信号与光谱仪具有最大耦合效率。
根据本实用新型所述的小型拉曼光谱仪，优选地，所述光谱仪9为C-T型结构的光谱仪。
根据本实用新型所述的小型拉曼光谱仪，优选地，所述光谱仪9所用光栅包括平面刻划光栅、透射光栅或平像场校正的凹面光栅。
根据本实用新型所述的小型拉曼光谱仪，其中，所述透射光栅的衍射效率高于90％，相较于平面刻划光栅，其衍射效率可以提高10-20％。根据本实用新型所述的小型拉曼光谱仪，可通过使用高衍射效率的透射光栅或是平像场校正的凹面光栅替代光谱仪中的平面刻划光栅，以提高光谱仪本身的收光效率。但是如果拉曼前光路装置与光谱仪仍然以光纤进行耦合的话，耦合效率也达不到本实用新型直接光路耦合所能达到的技术效果。
根据本实用新型所述的小型拉曼光谱仪，优选地，所述平面刻划光栅为线密度1200g/750nm的平面刻划光栅。其中，1200刻线可满足拉曼应用的分辨率要求。
根据本实用新型所述的小型拉曼光谱仪，优选地，所述平面刻划光栅为闪耀波长750nm的平面刻划光栅。因该光谱仪主要用于785nm的拉曼应用，使用的波段范围为800nm-940nm，所以闪耀波长选择750nm。
根据本实用新型所述的小型拉曼光谱仪，优选地，所述光谱仪9所用光学元件为F/3的光学元件。本实用新型选用小焦距的光学元件，进而可以缩小光谱仪的体积，另外，为了提高光谱仪的通光效率，选用F/3的光学元件。
根据本实用新型所述的小型拉曼光谱仪，优选地，所述光学元件为表面镀有红外增强金膜的光学元件。
根据本实用新型所述的小型拉曼光谱仪，优选地，所述CCD探测器10为TE制冷(半导体制冷)型面阵CCD探测器。
根据本实用新型所述的小型拉曼光谱仪，优选地，所述CCD探测器10为制冷温度最低达-60℃的CCD探测器。
根据本实用新型所述的小型拉曼光谱仪，优选地，所述CCD探测器10为像素数大于2000×256，像素尺寸为15×15μm，CCD探测面尺寸大于30×3.8mm的CCD探测器。
本实用新型提供了一种小型拉曼光谱仪，其为一款小体积、但具有较高信噪比的拉曼光谱仪；其中，所述拉曼前光路装置与光谱仪之间采用直接光路耦合的方式，很大程度上提高了拉曼信号的收集效率，也使得待测样品的可选择性提高；另外，本实用新型的小型拉曼光谱仪采用制冷型的面阵CCD探测器(制冷温度最低达-60℃)进行光谱采集，相对于非制冷型的线阵CCD探测器，具有较高的信噪比，不仅适用于工业客户，更适用于科研级客户。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的小型拉曼光谱仪结构示意图。
主要附图标号说明：
1 激光器；
2 激光线滤光片；
3 二向色镜；
4 会聚镜；
5 样品架；
6 瑞利散射滤光片；
7 平面反射镜；
8 耦合透镜；
9 光谱仪；
10 CCD探测器。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现通过以下具体实施例及说明书附图详细说明本实用新型的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本实用新型的实质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种小型拉曼光谱仪，其结构示意图如图1所示，从图1中可以看出，该光谱仪包括拉曼前光路装置、光谱仪9及CCD探测器10；
所述拉曼前光路装置包括激光器1、激光线滤光片2、二向色镜3、会聚镜4、样品架5、瑞利散射滤光片6、平面反射镜7和耦合透镜8；
其中，所述激光器1发射出的激光通过激光线滤光片2后，经二向色镜3反射，再通过会聚镜4聚焦于待测样品；
激光激发待测样品后产生的拉曼信号经二向色镜3透射后通过瑞利散射滤光片6，再经平面反射镜7反射后通过耦合透镜8会聚进入光谱仪9的入射口；
所述光谱仪9为C-T型结构的光谱仪，该光谱仪所用光栅为平面刻划光栅，其线密度为1200g/750nm，闪耀波长为750nm；
该光谱仪9所用光学元件为F/3的光学元件，且该光学元件为表面镀有红外增强金膜的光学元件；
所述CCD探测器10为TE制冷型面阵CCD探测器，该CCD探测器的制冷温度最低达-60℃其像素数大于2000×256，像素尺寸为15×15μm，CCD探测面尺寸大于30×3.8mm。
本实施例所提供的小型拉曼光谱仪采用直接光路耦合的方式，其可以测到硅的二阶峰，而采用光纤耦合的方式仅仅能测到硅的一阶峰，这说明本实用新型所提供的小型拉曼光谱仪采用直接光路耦合方式，在很大程度上可以提高信噪比。
此外，本实用新型所提供的小型拉曼光谱仪可以达到的光谱分辨率，其优于10cm-1，和目前市场上同类型的产品技术指标相当。
Claims (11)
1.一种小型拉曼光谱仪，其特征在于，该光谱仪包括拉曼前光路装置、光谱仪(9)及CCD探测器(10)；
所述拉曼前光路装置包括激光器(1)、激光线滤光片(2)、二向色镜(3)、会聚镜(4)、样品架(5)、瑞利散射滤光片(6)、平面反射镜(7)和耦合透镜(8)；
其中，所述激光器(1)发射出的激光通过激光线滤光片(2)后，经二向色镜(3)反射，再通过会聚镜(4)聚焦于待测样品；
激光激发待测样品后产生的拉曼信号经二向色镜(3)透射后通过瑞利散射滤光片(6)，再经平面反射镜(7)反射后通过耦合透镜(8)会聚进入光谱仪(9)的入射口。
2.根据权利要求1所述的小型拉曼光谱仪，其特征在于，所述光谱仪(9)为C-T型结构的光谱仪。
3.根据权利要求1或2所述的小型拉曼光谱仪，其特征在于，所述光谱仪(9)所用光栅包括平面刻划光栅、透射光栅或平像场校正的凹面光栅。
4.根据权利要求3所述的小型拉曼光谱仪，其特征在于，所述平面刻划光栅为线密度1200g/750nm的平面刻划光栅。
5.根据权利要求3所述的小型拉曼光谱仪，其特征在于，所述平面刻划光栅为闪耀波长750nm的平面刻划光栅。
6.根据权利要求4所述的小型拉曼光谱仪，其特征在于，所述平面刻划光栅为闪耀波长750nm的平面刻划光栅。
7.根据权利要求1或2所述的小型拉曼光谱仪，其特征在于，所述光谱仪(9)所用光学元件为F/3的光学元件。
8.根据权利要求7所述的小型拉曼光谱仪，其特征在于，所述光学元件为表面镀有红外增强金膜的光学元件。
9.根据权利要求1所述的小型拉曼光谱仪，其特征在于，所述CCD探测器(10)为TE制冷型面阵CCD探测器。
10.根据权利要求9所述的小型拉曼光谱仪，其特征在于，所述CCD探测器(10)为制冷温度最低达-60℃的CCD探测器。
11.根据权利要求9或10所述的小型拉曼光谱仪，其特征在于，所述CCD探测器(10)为像素数大于2000×256，像素尺寸为15×15μm，CCD探测面尺寸大于30×3.8mm的CCD探测器。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106124051A (zh) * | 2016-08-31 | 2016-11-16 | 北京卓立汉光仪器有限公司 | 一种小型拉曼光谱仪 |
| CN108414491A (zh) * | 2017-12-25 | 2018-08-17 | 上海如海光电科技有限公司 | 低波数拉曼测量系统 |
| CN109799221A (zh) * | 2019-01-07 | 2019-05-24 | 北京青木子科技发展有限公司 | 一种可拆装的教学用拉曼光谱仪系统及其控制方法 |
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2016
- 2016-08-31 CN CN201621005194.5U patent/CN206177461U/zh active Active
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