CN209910826U - 显微拉曼探测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光学机械技术领域，尤其涉及一种显微拉曼探测设备。该设备包括：导出机构、第一滤光片、切换装置、第二滤光片和导入机构；激光器发射出的激光信号经过导出机构照射到第一滤光片上，第一滤光片能够将激光器发射出的激光信号反射到样品上表面，样品表面被激发出的反射信号经过第一滤光片、切换装置和第二滤光片后进入到导入机构中，并由导入机构导入到摄谱仪中进行拉曼分析；观测装置设在切换装置上方，切换装置接收观测装置发出的照明光，第一滤光片能够将切换装置反射出的照明光反射到样品的表面，经过样品的表面反射的照明光经第一滤光片，由切换装置反射到观测装置中。以解决背景技术中阐述的拉曼探头存在的技术问题。

Description

显微拉曼探测设备

技术领域

本实用新型涉及光学机械技术领域，具体而言，涉及一种显微拉曼探测设备。

背景技术

众所周知，显微拉曼光谱测量技术是近些年来发展起来的微尺度实验测量新技术。该技术可以通过采集拉曼散射信号并分析其光谱获得材料的化学成分、晶相、以及应力或应变等信息，被广泛的应用于诸多领域的实验分析。显微拉曼光谱系统是已经成熟商业化开发与应用的光谱测量系统。这些系统通常能够具备优良的光谱探测性能，如高空间分辨率、高拉曼信噪比等，在分析化学、细胞生物学、材料物理学等领域的应用研究中已经取得一系列成功成果。

在此基础上，考虑到这些系统往往结构固定、精密而且环境要求高，难以同于工程现场以及具有环境载荷下的光谱探测。一些厂家和学者成功研发出了多种接触或非接触式的拉曼探测探头，具有较高的自由度和灵活度，以实现复杂环境、现场或者材料与组织内部的拉曼探测。然而，现有的拉曼探头往往不具备显微的实时观测能力，且通常灵敏度差、光谱分辨率与空间分辨率都很低，无法满足对空间分辨、光谱分辨与灵敏度以及环境载荷适用性均要求较高的前沿实验研究。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种显微拉曼探测设备，以解决现有技术中存在的拉曼探头往往不具备显微的实时观测能力，且通常灵敏度差、光谱分辨率与空间分辨率低的技术问题。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种用于显微拉曼探测设备，包括：导出机构及依次隔设置的第一滤光片、切换装置、第二滤光片和导入机构；

所述第一滤光片远离所述切换装置的一侧设有待测样品，所述第一滤光片的一侧设有激光器，所述导出机构设在所述激光器和所述第一滤光片之间，所述切换装置的一侧设有观测装置，所述激光器发射出的激光信号经过所述导出机构照射到所述第一滤光片上，所述第一滤光片能够将激光器发射出的激光信号反射到所述样品上表面，所述样品表面被激发出的反射信号经过所述第一滤光片、切换装置和第二滤光片后进入到所述导入机构中，并由所述导入机构导入到所述摄谱仪中进行拉曼分析；

所述观测装置设在所述切换装置上方，所述切换装置接收所述观测装置发出的照明光，所述第一滤光片能够将所述切换装置反射出的照明光反射到所述样品的表面，经过样品的表面反射的所述照明光经所述第一滤光片，由所述切换装置反射到所述观测装置中。

进一步地，还包括显微物镜镜头，所述显微物镜镜头设在所述样品和所述第一滤光片之间。

进一步地，所述第二滤光片、切换装置、第一滤光片和显微物镜镜头的光轴在同一直线上。

进一步地，所述第一滤光片为双色激光分光镜。

进一步地，所述第二滤光片为拉曼滤光片。

进一步地，所述导出机构包括第一光纤和第一光纤耦合器，所述导入机构包括第二光纤和第二光纤耦合器；

所述第一光纤和所述第一光纤耦合器依次设在所述激光器和所述第一滤光片之间，所述第二光纤和所述第二光纤耦合器设在所述第二滤光片和所述摄谱仪之间，所述激光器发射出的激光信号进入到所述第一光纤中，所述第一光纤耦合器发射到所述第一滤光片上，由所述第一滤光片将所述激光器发射出的激光反射至所述样品上，所述第二光纤耦合器和所述第二光纤接收所述样品表面被激发出并过滤的反射信号，并将所述样品表面被激发出并过滤的反射信号导入到所述摄谱仪中。

进一步地，所述切换装置为介入/撤出可切换的反射镜、半反半透镜或偏振分光镜。

本实用新型提供的一种显微拉曼探测设备，由导出机构、导入机构、切换装置、第一滤光片、第二滤光片、所述激光器和摄谱仪组成信号光路，所述信号光路中激光器发射出的激光信号作用于所述样品表面，所述样品表面被激发出的反射信号进入到摄谱仪中进行拉曼分析，由切换装置、第一滤光片和观测装置组成观察光路。采用上述的方案，观察光路主要用于实现样品表面白光照明和显微观察的功能，相当于一个完整的光学显微系统。相较于传统的光学显微镜，信号光路主要用于实现拉曼信号的激发与收集功能，其入射激光和最终收集到的拉曼散射信号都是借助于导出机构和导入机构进行导入和导出的，因此其空间位置十分灵活，不受限制；以解决现有技术中存在的拉曼探头往往不具备显微的实时观测能力，且通常灵敏度差、光谱分辨率与空间分辨率低的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的显微拉曼探测设备的结构示意图。

图中：100－切换装置；200－第一滤光片；300－显微物镜镜头；400－第二滤光片；500－导入机构；600－激光器；700－摄谱仪；800－观测装置；900－样品。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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。

下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，本实用新型提供的一种用于显微拉曼探测设备，包括：导出机构及依次隔设置的第一滤光片200、切换装置100、第二滤光片400和导入机构500；

所述第一滤光片200远离所述切换装置100的一侧设有待测样品900，所述第一滤光片200的一侧设有激光器600，所述导出机构设在所述激光器600和所述第一滤光片200之间，所述切换装置100的一侧设有观测装置800，所述激光器600发射出的激光信号经过所述导出机构照射到所述第一滤光片200上，所述第一滤光片200能够将激光器600发射出的激光信号反射到所述样品900上表面，所述样品900表面被激发出的反射信号经过所述第一滤光片200、切换装置100和第二滤光片400后进入到所述导入机构500中，并由所述导入机构500导入到所述摄谱仪700中进行拉曼分析；

所述观测装置800设在所述切换装置100上方，所述切换装置100接收所述观测装置800发出的照明光，所述第一滤光片200能够将所述切换装置100反射出的照明光反射到所述样品900的表面，经过样品900的表面反射的所述照明光经所述第一滤光片200，由所述切换装置100反射到所述观测装置800中。

进一步地，还包括显微物镜镜头300，所述显微物镜镜头300设在所述样品900和所述第一滤光片200之间。

进一步地，所述第二滤光片400、切换装置100、第一滤光片200和显微物镜镜头300的光轴在同一直线上。

进一步地，第一滤光片200为双色激光分光镜。双色激光分光镜是一种分光元件，可以使波长低于特定数值的光发生反射，而允许高于该数值的光透过。

进一步地，所述第二滤光片400为拉曼滤光片。这里使用的是Edge滤光片，这是一种长波通(高通)滤光片，它可以吸收波长低于某个特定数值的光而允许波长大于该数值的光通过。用来滤除透过双色激光分光镜后残留下的瑞利散射和反斯托克斯散射信号，得到“纯净”的拉曼信号。

其中，观测装置800包括照明光源和图像采集器。

其中，第一滤光片200和切换装置100对称设置，且第一滤光片200向靠近显微物镜镜头300一端倾斜。

本实施例中，由导出机构、导入机构500、切换装置100、第一滤光片200、第二滤光片400、所述激光器600和摄谱仪700组成信号光路，激发信号由激光器600发射，通过导出机构出射，利用第一滤光片200反射后，并由显微物镜镜头300聚焦到样品900表面；样品900表面被激发出的散射光包括反射光信号、瑞利散射信号(与入射激光波长相同)、斯托克斯拉曼信号(波长小于入射激光)以及反斯托克斯拉曼信号(波长大于入射激光)，由显微物镜镜头300收集，经过第一滤光片200透射去除了绝大多数的反射光、瑞利散射、和反斯托克斯拉曼信号并保留绝大多数斯托克斯拉曼信号后，再经过第二过滤片滤除剩余的反射光、瑞利散射与反斯托克斯散射信号，仅有斯托克斯拉曼信号得以通过并最后由导入机构500导入到摄谱仪700中进行拉曼信号分析，由切换装置100、第一滤光片200和观测装置800组成观察光路，观测装置800中的照明光源发出的照明光，经切换装置100反射、透过第一滤光片200并通过显微物镜镜头300聚焦于样品900表面；照明光在样品900表面反射后，由显微物镜镜头300收集，依次经过第一滤光片200、切换装置100反射，最后进入观测装置800形成图像，实现对样品900表面的观察。相较于传统的光学显微镜，信号光路主要用于实现拉曼信号的激发与收集功能，其入射激光和最终收集到的拉曼散射信号都是借助于导出机构和导入机构500进行导入和导出的，因此其空间位置十分灵活，不受限制；以解决现有技术中存在的拉曼探头往往不具备显微的实时观测能力，且通常灵敏度差、光谱分辨率与空间分辨率低的技术问题。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述导出机构包括第一光纤和第一光纤耦合器，所述导入机构500包括第二光纤和第二光纤耦合器；

所述第一光纤和所述第一光纤耦合器依次设在所述激光器600和所述第一滤光片200之间，所述第二光纤和所述第二光纤耦合器设在所述第二滤光片400和所述摄谱仪700之间，所述激光器600发射出的激光信号进入到所述第一光纤中，所述第一光纤耦合器发射到所述第一滤光片200上，由所述第一滤光片200将所述激光发射出的激光反射至所述样品900上，所述第二光纤耦合器和所述第二光纤接收所述样品900表面被激发出并过滤的反射信号，并将所述样品900表面被激发出并过滤的反射信号导入到所述摄谱仪700中。

本实施例中，由于第一光纤、第一光纤耦合器、第二光纤和第二光纤耦合器的设置，能够使激光信号和过滤后的激发信号快捷的进出，从而能够节省空间。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述切换装置100为介入/撤出可切换的反射镜、半反半透镜或偏振分光镜。

本实施例中，当切换装置100采用介入/撤出可切换的反射镜，则通过介入和撤出反射镜实现观察光路与信号光路的切换。若使用半反半透镜或者偏振分光镜，则能够自动分光而自动实现二者的切换。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种显微拉曼探测设备，其特征在于，包括：导出机构及依次间隔设置的第一滤光片、切换装置、第二滤光片和导入机构；

所述第一滤光片远离所述切换装置的一侧设有待测样品，所述第一滤光片的一侧设有激光器，所述导出机构设在所述激光器和所述第一滤光片之间，所述切换装置的一侧设有观测装置，所述激光器发射出的激光信号经过所述导出机构照射到所述第一滤光片上，所述第一滤光片能够将激光器发射出的激光信号反射到所述样品上表面，所述样品表面被激发出的反射信号经过所述第一滤光片、切换装置和第二滤光片后进入到所述导入机构中，并由所述导入机构导入到摄谱仪中进行拉曼分析；

所述观测装置设在所述切换装置上方，所述切换装置接收所述观测装置发出的照明光，所述第一滤光片能够将所述切换装置反射出的照明光反射到所述样品的表面，经过样品的表面反射的所述照明光经所述第一滤光片，由所述切换装置反射到所述观测装置中。

2.根据权利要求1所述的显微拉曼探测设备，其特征在于，还包括显微物镜镜头，所述显微物镜镜头设在所述样品和所述第一滤光片之间。

3.根据权利要求2所述的显微拉曼探测设备，其特征在于，所述第二滤光片、切换装置、第一滤光片和显微物镜镜头的光轴在同一直线上。

4.根据权利要求1所述的显微拉曼探测设备，其特征在于，所述第一滤光片为双色激光分光镜。

5.根据权利要求1所述的显微拉曼探测设备，其特征在于，所述第二滤光片为拉曼滤光片。

6.根据权利要求1所述的显微拉曼探测设备，其特征在于，所述导出机构包括第一光纤和第一光纤耦合器，所述导入机构包括第二光纤和第二光纤耦合器；

所述第一光纤和所述第一光纤耦合器依次设在所述激光器和所述第一滤光片之间，所述第二光纤和所述第二光纤耦合器设在所述第二滤光片和所述摄谱仪之间，所述激光器发射出的激光信号进入到所述第一光纤中，所述第一光纤耦合器发射到所述第一滤光片上，由所述第一滤光片将所述激光器发射出的激光反射至所述样品上，所述第二光纤耦合器和所述第二光纤接收所述样品表面被激发出并过滤的反射信号，并将所述样品表面被激发出并过滤的反射信号导入到所述摄谱仪中。

7.根据权利要求1所述的显微拉曼探测设备，其特征在于，所述切换装置为介入/撤出可切换的反射镜、半反半透镜或偏振分光镜。

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