CN210639090U - 匀场拉曼检测装置 - Google Patents

Abstract

匀场拉曼检测装置，本实用新型主要涉及一种基于微透镜阵列的拉曼检测装置，包括平行单色激光光源、微透镜光束变换组件、定位装置和后向拉曼光谱接收系统；其中平行单色激光光源所发出的激光，经过微透镜光束变换组件后，在定位装置所确定的平面上形成均匀光场，然后激发检测区域内样品的拉曼光谱，后向激发的拉曼光信号经所述微透镜光束变换组件变换为平行光进入所述后向拉曼光谱接收系统进行检测，最终实现对样品一定面积的同时均匀拉曼检测。本实用新型主要为了解决现有拉曼激发光照射在样品点上能量密度较高的难题。采用本实用新型的技术方案能够实现对样品的均匀拉曼检测，减少对样品的可能损伤，并且可以实现较大面积的同时检测。

Description

匀场拉曼检测装置

技术领域

本实用新型涉及拉曼光谱激发和检测领域，尤其涉及一种基于微透镜阵列光束变换的可同时对样品一定面积进行均匀激发和检测的拉曼检测装置。

背景技术

传统拉曼检测均为聚焦检测，也就是需要把激发光聚焦在一点，只对该点的拉曼特征进行收集。对于一些应用这是非常方便的，比如需要对天然宝石中的胞体进行研究。但在很多时候，高聚焦也带来了其它的问题。比如：对样品的灼烧。此外，对于一些非均匀样品的分析，高聚焦很可能导致对检测谱图代表性不足的质疑。为了实现对一定范围的拉曼实现检测，在先技术1（CN20171144267），通过运动器件改变拉曼激发位置的方法实施，但该方法受运动器限制，检测范围和速度受限，运动部件增大了设备的功耗和故障风险；在先技术2（CN201621343446）采用反射腔测量的方式，由于多次反射的损耗在实现大面积拉曼检测的同时也会增加损耗，在先技术3（CN201710104524），基于微透镜阵列的多焦点拉曼检测装置，采用微透镜对激发光进行分光束，使用微透镜将样品不同区域拉曼信号耦合到光纤中，通过光纤将光束整形为一列，由光谱仪对不同光纤进行采集，然后通过叠加实现选择性检测或高速检测。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种新的技术方案，该方案通过微透镜光束变换组件将高强度的平行激发光束变换为均匀光场，然后激发检测区域内样品的拉曼光谱，实现对样品一定面积的同时均匀拉曼检测。

本实用新型提供一种匀场拉曼检测装置，包括平行单色激光光源、微透镜光束变换组件、定位装置和后向拉曼光谱接收系统；其特征在于，所述平行单色激光光源所发出的激光，经过微透镜光束变换组件后，在定位装置所确定的平面上形成均匀光场，然后激发检测区域内样品的拉曼光谱，后向激发的拉曼光信号经所述微透镜光束变换组件变换为平行光进入所述后向拉曼光谱接收系统进行检测，最终实现对样品一定面积的同时均匀拉曼检测。

进一步的，所述微透镜光束变换组件由微透镜阵列或微透镜阵列组和聚焦透镜构成，微透镜阵列由规律排布或随机排布的微透镜组成。

进一步的，所述微透镜光束变换组件等效前焦点与检测面不构成物像共轭关系，当不考虑激发光源干涉情况下平行光经过微透镜后，在微透镜光束变换组件等效后焦平面将形成均匀能量分布，考虑干涉情况下，后焦平面可能形成能量相同的聚焦光斑阵列。

进一步的，所述定位装置限定样品待测平面位于所述微透镜光束变换组件聚焦透镜的后焦面，限定方式包括为物理接触或测距。

本实用新型所述匀场拉曼检测装置，由平行单色激光光源，微透镜光束变换组件，定位装置和后向拉曼光谱接收系统组成。平行单色激光的可以由激光器准直扩束获得。平行激发光束经过微透镜光束变换组件，定位装置所确定的平面上形成均匀光场，并激发检测区域内样品的拉曼光谱，后向激发的拉曼光信号反向经过微透镜光束变换组件，变换为平行光进入后向拉曼光谱接收系统进行检测，最终实现对样品一定面积的同时均匀拉曼检测。本实用新型所述匀场拉曼检测装置中，具有定位装置限定样品待测平面位于微透镜光束变换组件聚焦透镜的后焦面，限定方式包括为物理接触或测距，只有在此平面产生的拉曼特征才能全部进入后向拉曼光谱接收系统。本实用新型所述匀场拉曼检测装置中，微透镜光束变换组件由一片微透镜阵列或微透镜阵列组和聚焦透镜构成，激发光进入组件的第一个微透镜阵列为组件的前面，激发光由此平行输入，反向接收拉曼光由此平行输出；组件聚焦透镜面向样品的一侧为后面，此面对应的焦平面定义为组件的后焦面，也即检测面。微透镜阵列由规律排布或随机排布的微透镜组成。其微透镜光束变换组件等效前焦点（数量由微透镜阵列中微透镜个数决定）与检测面不构成物像共轭关系，当不考虑激发光源干涉情况下平行光经过微透镜后，在微透镜光束变换组件等效后焦平面将形成均匀能量分布，如附图2所示，考虑干涉情况下，后焦平面可能形成能量相同的聚焦光斑阵列。在检测面上由于激发光能量被分散，不会造成样品局部过热而损伤样品。样品激发的后向拉曼散射被微透镜光束变换组件接收，经过微透镜光束变换组件聚焦透镜后，形成各个方向的平行光束，这些光束通过不同的微透镜将变换为方向相同的平行光，如附图3所示，这些平行光通过后向拉曼光谱接收系统的狭缝被接收，实现样品的面拉曼特征检测。

本实用新型提供的技术方案的有益效果：本实用新型采用微透镜阵列或微透镜阵列组实现在检测面上拉曼激发信号能量的均匀分布，并且采用共光路的方式实现对待测样品表面拉曼散射信号进行接收。与在先技术1相比，本实用新型无需运动部件，结构更简单，由于激发光能量被分散，任何时间位置不会出现高能量密度情况，使用更为安全；与在先技术2相比本实用新型没有数值孔径损失，接收效率和灵敏度更高；与在先技术3相比，在先技术中利用两组微透镜和成像光路将待测样品表面微区构成共轭点，实现对检测区域进行划分，但是由于受微透镜数值孔径影响接分区后部拉曼信号的数值孔径减小将导致接收效率降低，本实用新型只使用一组微透镜阵列对光束进行整形，具备的有益技术效果在于，微透镜光束变换组件前焦点（对应在先技术3光纤输入端）与检测面不构成物像共轭关系，不考虑干涉情况下、平行光经过微透镜后在微透镜光束变换组件输出镜后焦平面将形成均匀分布。此设计的优势在于1）拉曼激发光光场能量分布与激发平行光的能量分布无关，能够实现对样品检测区域的均匀检测；2）在接收过程中，样品同一位置激发的向不同方向的拉曼信号可以通过不同的微透镜转变为平行光，因此不会压缩系统的接收数值孔径，因此有更高的拉曼接收效率。本实用新型拉曼光路特色在于不受激发平行光源能量分布的影响，可均匀展开激发光，实现对样品平面区域的均匀检测，适合需要低能量激发的样品或非均匀样品。

附图说明

图1为本实用新型匀场拉曼检测装置的结构示意图。

图2为本实用新型匀场拉曼检测装置的激发光分散示意图。

图3为本实用新型匀场拉曼检测装置的拉曼信号接收示意图。

图4为本实用新型匀场拉曼检测装置的实施例一的示意图。

图5为本实用新型匀场拉曼检测装置的应用于透明样品层析检测的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

附图1为本实用新型匀场拉曼检测装置的结构示意图，包括平行单色激光光源2、微透镜光束变换组件3、定位装置4和后向拉曼光谱接收系统1，后向拉曼光谱接收系统1中包括分光镜。平行单色激光光源2发出的平行激发光束经过微透镜光束变换组件3后，在定位装置4所确定的平面上形成均匀光场，然后激发检测区域内样品5的拉曼光谱，后向激发的拉曼光信号经微透镜光束变换组件3变换为平行光进入后向拉曼光谱接收系统1实现对样品一定面积的同时均匀拉曼检测。

附图2为本实用新型匀场拉曼检测装置的激发光分散示意图，包括微透镜光束变换组件3、定位装置4、样品5以及激发区6。入射的激发光经过微透镜光束变换组件3后均匀照射在样品5的特定激发区6。

附图3为本实用新型匀场拉曼检测装置的拉曼信号接收示意图，均匀的入射光照射在样品5的某一激发区6后将会产生拉曼光，不同方向的拉曼光照射到微透镜光束变换组件3后将被变换成平行光。

实施例一。

一种匀场拉曼检测装置，如附图4所示。其中微透镜光束变换组件3与实体的定位装置4合二为一，结构简单重复性好，适合便携式或手持式拉曼检测装置使用。定位装置4可以为实体定位圈，当实体定位圈与样品平面接触时样品平面即为检测面；同时实体定位圈还可以遮挡环境光，提高检测装置的信噪比。另一方面微透镜光束变换组件3由两片相同的微透镜阵列和一个聚焦透镜组成，其中第二微透镜阵列8位于第一微透镜阵列7的焦点位置，可以有效提高微透镜光束变换组件的匀光效果。

实施例二。

如附图5所示，本实施例通过可调支架对透镜样品进行层析检测。其中定位装置4采用可调支架固定检测装置位置，当升降样品5时，样品5将逐步经过微透镜光束变换组件3产生的检测面，由于只有检测面的拉曼信号才能被转换为平行光，并被后向拉曼接收系统1接收，因此本实用新型可对透明样品实现大面积拉曼层析检测。

Claims (4)

1.匀场拉曼检测装置，包括平行单色激光光源、微透镜光束变换组件、定位装置和后向拉曼光谱接收系统；其特征在于，所述平行单色激光光源所发出的激光，经过微透镜光束变换组件后，在定位装置所确定的平面上形成均匀光场，然后激发检测区域内样品的拉曼光谱，后向激发的拉曼光信号经所述微透镜光束变换组件变换为平行光进入所述后向拉曼光谱接收系统进行检测，最终实现对样品一定面积的同时均匀拉曼检测。

2.根据权利要求1所述的匀场拉曼检测装置，其特征在于，所述微透镜光束变换组件由微透镜阵列或微透镜阵列组和聚焦透镜构成，微透镜阵列由规律排布或随机排布的微透镜组成。

3.根据权利要求1所述的匀场拉曼检测装置，其特征在于，所述微透镜光束变换组件等效前焦点与检测面不构成物像共轭关系，当不考虑激发光源干涉情况下平行光经过微透镜后，在微透镜光束变换组件等效后焦平面将形成均匀能量分布，考虑干涉情况下，后焦平面可能形成能量相同的聚焦光斑阵列。

4.根据权利要求1所述的匀场拉曼检测装置，其特征在于，所述定位装置限定样品待测平面位于所述微透镜光束变换组件聚焦透镜的后焦面，限定方式包括为物理接触或测距。

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