CN215678106U - 一种远程拉曼光谱探测装置及远程探测光谱仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的远程拉曼光谱探测装置，采用紫外266nm激光光源对物质进行作用，可有效避开荧光，由于紫外波长频率较高，具有更大的散射强度，得到更强的拉曼光谱；与探测激光同步的同步参考激光产生控制ICCD工作的触发信号，可以有效的避免因激光器固有时间抖动而产生的时间不同步的问题，进而避免了采集不到光谱信号或者开启后采集到空信号导致的探测准确度低的问题，同时也避免了荧光信号的干扰，提高了远程探测结果的有效性和准确性。另外，本实用新型还提供了一种远程探测光谱仪，包括所述的远程拉曼光谱探测装置和壳体，所述远程拉曼光谱探测装置固定于所述壳体内。

Description

一种远程拉曼光谱探测装置及远程探测光谱仪

技术领域

本实用新型属于光学技术领域，具体涉及一种远程拉曼光谱探测装置及远程探测光谱仪。

背景技术

随着恐怖活动的蔓延以及毒品走私的猖狂，各国对安全问题愈加重视，一些重要的公共场所，如车站、机场等的易燃易爆、危险爆炸物、毒品的有效探测是防范爆炸案件及违法携带违禁品的重要途径。

相关技术中，用于危险物品检测的远程拉曼光谱仪多采用的是可见光或红外波长脉冲激光作为激发光源，该光源经准直、滤光、聚焦到样品上，该样品拉曼光谱后形成的拉曼散射信号反向传输至光谱仪进行分光，分光后得到的拉曼分光信号需要进入ICCD便于用户查看，但可见光或红外激光器极易产生荧光,而荧光的强度往往是拉曼强度的几万倍乃至百万倍，因此拉曼光谱会受到荧光干扰，有时甚至完全被荧光淹没。而为了消除采集拉曼光谱过同时采集到荧光，需要让拉曼光谱到达ICCD的时间与触发信号控制ICCD开始工作时间同步，通常采用的是一种电触发模式，由于激光器本身存在时间抖动较大(us)量级，而拉曼光谱几乎在皮秒量级完成，因此采用电触发模式会降低拉曼光谱仪的探测准确度、影响探测结果，同时还收集到大量的荧光。

实用新型内容

鉴于此，有必要针对现有技术存在的缺陷提高远程探测结果的有效性和准确性的远程拉曼光谱探测装置。

为解决上述问题，本实用新型采用下述技术方案：

本实用新型提供了一种远程拉曼光谱探测装置，包括紫外266nm激光器、光纤耦合器、发射光学单元、接收光学单元、光谱仪、ICCD和计算机，其中：

所述紫外266nm激光器产生的原始激光经所述发射光学单元传输至待测样品后产生拉曼信号光，所述拉曼信号光依次经过所述接收光学单元和所述光纤耦合器传输至所述光谱仪，所述光谱仪对入射的所述拉曼信号光进行分光，获取反映所述待测样品信息的光谱信号，并在所述ICCD开启的同时将所述光谱信号传输至所述ICCD，所述ICCD将所述光谱信号进行光电转换，获取反映所述待测样品光谱信息的电信号，并将所述电信号发送至所述计算机，所述计算机处理并显示所述电信号。

在其中一些实施例中，所述发射光学单元包括第一透镜、传输光纤、准直器、第一滤波片和第二透镜；

所述原始激光经过所述第一透镜聚焦后耦合进所述传输光纤中，所述传输光纤将所述探测激光传输至所述准直器，所述准直器将所述探测激光进行准直形成平行探测激光，并将所述平行探测激光传输至所述第一滤波片，所述平行探测激光在所述第一滤波片表面进行反射后传输至所述第二透镜，所述第二透镜对所述平行探测激光进行聚焦，使得所述平行探测激光照射至所述待测样品后产生所述拉曼信号光。

在其中一些实施例中，所述接收光学单元包括所述第二透镜、所述第一滤波片和过滤准直组件，所述拉曼信号光经过所述第二透镜聚焦后传输至所述第一滤波片，并通过所述第一滤波片后传输至所述过滤准直组件，所述过滤准直组件对所述拉曼信号光进行过滤和准直，形成平行拉曼光谱，并将所述平行拉曼光谱传输至所述光谱仪。

在其中一些实施例中，所述第一滤波片表面设置有反射所述平行探测激光，且透射拉曼散射光、荧光以及可见光的膜层。

在其中一些实施例中，所述过滤准直组件包括第二滤波片、第三透镜和光阑，从所述第一滤波片透过的所述拉曼信号光经过所述第二滤波片过滤后形成滤波拉曼光谱，所述滤波拉曼光谱传输至所述第三透镜形成所述平行拉曼光谱，所述平行拉曼光谱经过所述光阑汇聚后进入到所述光谱仪进光口的狭缝内。

在其中一些实施例中，所述第二滤波片可过滤所述拉曼光谱中波长小于或等于预设波长阈值的光束，形成所述滤波拉曼光谱。

在其中一些实施例中，所述光谱仪为拉曼光谱仪。

另外，本实用新型还提供了一种远程探测光谱仪，包括所述的远程拉曼光谱探测装置和壳体，所述远程拉曼光谱探测装置固定于所述壳体内。

本实用新型采用上述技术方案具备下述效果：

本实用新型提供的远程拉曼光谱探测装置，所述紫外266nm激光器产生的原始激光经所述发射光学单元传输至待测样品后产生拉曼信号光，所述拉曼信号光依次经过所述接收光学单元和所述光纤耦合器传输至所述光谱仪，所述光谱仪对入射的所述拉曼信号光进行分光，获取反映所述待测样品信息的光谱信号，并在所述ICCD开启的同时将所述光谱信号传输至所述ICCD，所述ICCD将所述光谱信号进行光电转换，获取反映所述待测样品光谱信息的电信号，并将所述电信号发送至所述计算机，所述计算机处理并显示所述电信号，本实用新型提供的远程拉曼光谱探测装置采用紫外266nm激光光源对物质进行作用，可有效避开荧光，由于紫外波长频率较高，具有更大的散射强度，得到更强的拉曼光谱；与探测激光同步的同步参考激光产生控制ICCD工作的触发信号，可以有效的避免因激光器固有时间抖动而产生的时间不同步的问题，进而避免了采集不到光谱信号或者开启后采集到空信号导致的探测准确度低的问题，同时也避免了荧光信号的干扰，提高了远程探测结果的有效性和准确性。

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，下面将对本实用新型实施例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，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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远程拉曼光谱探测装置的结构示意图。

图2为本实用新型实施例提供的使用266nm激光器的远程拉曼光谱探测模组在不同距离下探测硝酸钾的拉曼光谱谱图。

图3为本实用新型实施例提供的使用紫外266nm激光器的紫外远程拉曼光谱探测模组和532nm激光器的远程拉曼光谱探测模组探测硝酸钾的拉曼光谱的对比谱图。

其中：紫外266nm激光器110、光纤耦合器120、发射光学单元130、接收光学单元140、光谱仪150、ICCD 160(增强型电荷耦合器件；Intensified Charge Coupled Device)、计算机170。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。

请参阅图1，为本实用新型提供的远程拉曼光谱探测装置的结构示意图，包括：紫外266nm激光器110、光纤耦合器120、发射光学单元130、接收光学单元140、光谱仪150、ICCD160(增强型电荷耦合器件；Intensified Charge Coupled Device)和计算机170。

本实用新型提供的远程拉曼光谱探测装置的工作方式如下：

所述紫外266nm激光器110产生的原始激光经所述发射光学单元130传输至待测样品后产生拉曼信号光，所述拉曼信号光依次经过所述接收光学单元140和所述光纤耦合器120传输至所述光谱仪150，所述光谱仪150对入射的所述拉曼信号光进行分光，获取反映所述待测样品信息的光谱信号，并在所述ICCD 160开启的同时将所述光谱信号传输至所述ICCD 160，所述ICCD 160将所述光谱信号进行光电转换，获取反映所述待测样品光谱信息的电信号，并将所述电信号发送至所述计算机170，所述计算机170处理并显示所述电信号。

在其中一些实施例中，所述发射光学单元130包括第一透镜、传输光纤、准直器、第一滤波片和第二透镜；所述原始激光经过所述第一透镜聚焦后耦合进所述传输光纤中，所述传输光纤将所述探测激光传输至所述准直器，所述准直器将所述探测激光进行准直形成平行探测激光，并将所述平行探测激光传输至所述第一滤波片，所述平行探测激光在所述第一滤波片表面进行反射后传输至所述第二透镜，所述第二透镜对所述平行探测激光进行聚焦，使得所述平行探测激光照射至所述待测样品后产生所述拉曼信号光。

在其中一些实施例中，所述接收光学单元140包括所述第二透镜、所述第一滤波片和过滤准直组件，所述拉曼信号光经过所述第二透镜聚焦后传输至所述第一滤波片，并通过所述第一滤波片后传输至所述过滤准直组件，所述过滤准直组件对所述拉曼信号光进行过滤和准直，形成平行拉曼光谱，并将所述平行拉曼光谱传输至所述光谱仪。

在其中一些实施例中，所述第一滤波片表面设置有反射所述平行探测激光，且透射拉曼散射光、荧光以及可见光的膜层。

在其中一些实施例中，所述过滤准直组件包括第二滤波片、第三透镜和光阑，从所述第一滤波片透过的所述拉曼信号光经过所述第二滤波片过滤后形成滤波拉曼光谱，所述滤波拉曼光谱传输至所述第三透镜形成所述平行拉曼光谱，所述平行拉曼光谱经过所述光阑汇聚后进入到所述光谱仪进光口的狭缝内。

在其中一些实施例中，所述第二滤波片可过滤所述拉曼光谱中波长小于或等于预设波长阈值的光束，形成所述滤波拉曼光谱。

在其中一些实施例中，所述光谱仪为拉曼光谱仪。

本实用新型提供的远程拉曼光谱探测装置，本实用新型提供的远程拉曼光谱探测装置采用紫外266nm激光光源对物质进行作用，可有效避开荧光，由于紫外波长频率较高，具有更大的散射强度，得到更强的拉曼光谱；与探测激光同步的同步参考激光产生控制ICCD工作的触发信号，可以有效的避免因激光器固有时间抖动而产生的时间不同步的问题，进而避免了采集不到光谱信号或者开启后采集到空信号导致的探测准确度低的问题，同时也避免了荧光信号的干扰，提高了远程探测结果的有效性和准确性。

本实用新型还提供了一种远程探测光谱仪，包括所述的远程拉曼光谱探测装置和壳体，所述远程拉曼光谱探测装置固定于所述壳体内，实现非接触式远距离无损探测，可用于易燃易爆品、毒品、矿石、文物、珠宝等物品的检测，具有信噪比高、探测距离远等优势。

实施例

请参阅图2，为使用266nm激光器的远程拉曼光谱探测模组在不同距离下探测硝酸钾的拉曼光谱谱图。

通过该谱图可知硝酸钾在波数1000至1100之间存在一个明显的特征吸收峰，随着距离的增加，该特征吸收峰逐渐下降，但不影响对其光谱特性的判断，即在远程情况下依然可以通过对其特征吸收峰的检测确定待测样品中是否包括危险物品硝酸钾。

请参阅图3，为使用紫外266nm激光器的紫外远程拉曼光谱探测模组和532nm激光器的远程拉曼光谱探测模组探测硝酸钾的拉曼光谱的对比谱图。

通过对比可以看出使用紫外266nm激光器的紫外远程拉曼光谱探测模组进行探测的硝酸钾拉曼谱图有着更小的荧光影响，有着更平滑的谱线。在波数1000至1100之间的主峰峰值更高，探测得到的拉曼信号更强。因此使用紫外266nm激光器的紫外远程拉曼光谱探测模组对硝酸钾进行探测时，相比于使用可见光532nm激光器的远程拉曼光谱探测模组可以得到更强的拉曼信号，和更明显的拉曼谱图，可以对样品进行更准确的检测。

以上仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域技术人员来说，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理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权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种远程拉曼光谱探测装置，其特征在于，包括紫外266nm激光器、光纤耦合器、发射光学单元、接收光学单元、光谱仪、ICCD和计算机，其中：

所述紫外266nm激光器产生的原始激光经所述发射光学单元传输至待测样品后产生拉曼信号光，所述拉曼信号光依次经过所述接收光学单元和所述光纤耦合器传输至所述光谱仪，所述光谱仪对入射的所述拉曼信号光进行分光，获取反映所述待测样品信息的光谱信号，并在所述ICCD开启的同时将所述光谱信号传输至所述ICCD，所述ICCD将所述光谱信号进行光电转换，获取反映所述待测样品光谱信息的电信号，并将所述电信号发送至所述计算机，所述计算机处理并显示所述电信号。

2.根据权利要求1所述的远程拉曼光谱探测装置，其特征在于，所述发射光学单元包括第一透镜、传输光纤、准直器、第一滤波片和第二透镜；

所述原始激光经过所述第一透镜聚焦后耦合进所述传输光纤中，所述传输光纤将探测激光传输至所述准直器，所述准直器将所述探测激光进行准直形成平行探测激光，并将所述平行探测激光传输至所述第一滤波片，所述平行探测激光在所述第一滤波片表面进行反射后传输至所述第二透镜，所述第二透镜对所述平行探测激光进行聚焦，使得所述平行探测激光照射至所述待测样品后产生所述拉曼信号光。

3.根据权利要求2所述的远程拉曼光谱探测装置，其特征在于，所述接收光学单元包括所述第二透镜、所述第一滤波片和过滤准直组件，所述拉曼信号光经过所述第二透镜聚焦后传输至所述第一滤波片，并通过所述第一滤波片后传输至所述过滤准直组件，所述过滤准直组件对所述拉曼信号光进行过滤和准直，形成平行拉曼光谱，并将所述平行拉曼光谱传输至所述光谱仪。

4.根据权利要求3所述的远程拉曼光谱探测装置，其特征在于，所述第一滤波片表面设置有反射所述平行探测激光，且透射拉曼散射光、荧光以及可见光的膜层。

5.根据权利要求4所述的远程拉曼光谱探测装置，其特征在于，所述过滤准直组件包括第二滤波片、第三透镜和光阑，从所述第一滤波片透过的所述拉曼信号光经过所述第二滤波片过滤后形成滤波拉曼光谱，所述滤波拉曼光谱传输至所述第三透镜形成所述平行拉曼光谱，所述平行拉曼光谱经过所述光阑汇聚后进入到所述光谱仪进光口的狭缝内。

6.根据权利要求5所述的远程拉曼光谱探测装置，其特征在于，所述第二滤波片可过滤所述拉曼光谱中波长小于或等于预设波长阈值的光束，形成所述滤波拉曼光谱。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的远程拉曼光谱探测装置，其特征在于，所述光谱仪为拉曼光谱仪。

8.一种远程探测光谱仪，其特征在于，包括权利要求1至6任意一项所述的远程拉曼光谱探测装置和壳体，所述远程拉曼光谱探测装置固定于所述壳体内。

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