CN2323371Y - 用于现场遥测的使用单路接收光纤的拉曼散射光探头 - Google Patents

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杜为民
周赫田
王晶晶
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Abstract

一种用于现场遥测的使用单路接收光纤的拉曼散射光探头,其激发光源设置于光探头内,光探头的输出端设有单路接收光纤,激发光源的光束经反射镜和前透镜会聚于样品,样品的散射光经前、后透镜收集会聚输入单路接收光纤,本实用新型彻底解决了已有技术中光纤拉曼散射光探头由传输光纤产生的拉曼散射造成干扰而带来的问题,避免了传输光纤的拉曼散射,并能测量弱散射的样品,延长了使用距离,只使用一路光纤,简化结构,降低成本。

Description

用于现场遥测的使用单路接收光纤的拉曼散射光探头
本实用新型涉及拉曼光散射的测量装置，具体的是一种用于现场远程遥测的使用单路接收光纤的拉曼散射测量的光探头。
在传统的拉曼光散射的测量中，测量系统的光学元件的相对位置是固定的，这种方式限制了使用的灵活性。光纤探头克服了这个缺点，提供了一种探头和测量系统分离的方式，目前在已有拉曼光谱测量中使用的光纤探头都使用了两路光纤(每路至少一条光纤)，一路用于从外部传送激发光到光探头，再由光探头送至样品，另一路用于将从样品收集的散射光送回到测量仪器，有两种基本的实现方式。
一种是浸入式，如图1所示，探头浸入样品，从传送光纤4射出的光6直接照射在样品3上，被阴影区域的样品散射的光7直接进入接收光纤5。另一种探头置于样品之外，如图2所示，它除了两路光纤4和5之外，还使用了准直透镜9、前透镜10、后透镜11、双色滤波器或全息窄带陷波器12、窄带通滤波器13、反射镜14等光学元件，来自于传送光纤4的激发光，经准直、滤波、反射再会聚到样品3上，窄带通滤波器13滤去传送光纤由于受激发光照射而产生的拉曼散射，来自样品的背向的散射光被透镜10收集后经透镜11传送到接收光纤5，在传送光纤的入口处，还需要有把激发光耦合进光纤的装置，在接收光纤的出口处，有光纤输出与测量仪器匹配的接口。
主要的问题是，已有技术的这两种方式都使用两路光纤，因为传送光纤本身会由于激发光的照射而产生拉曼散射，这种散射处于与样品的拉曼散射近似相同的频率范围内，它照射到样品上，再被样品以瑞利散射的方式散射或被样品反射而返回到接收光纤就会成为一种背景干扰，所以在激发光路中必需使用窄带通滤波器滤除来自于传送光纤的拉曼散射。
为了测量拉曼散射弱的样品，需要使用强的激发光，而以上所说的来自于光纤的拉曼散射光会随激发光强的增加或光纤长度的增加而增加，由于拉曼散射信号约比瑞利散射信号小7个数量级，在透明样品中未经彻底滤掉的光纤拉曼散射作为瑞利散射返回探测系统就会对测量造成干扰，在不透明样品中，这种光纤的拉曼散射被样品反射回测量系统，这就使为了测量拉曼散射弱的样品而使用强的激发光成为不可能，或者限制了远程拉曼光谱测量的使用距离，从而防碍了这种方法更广泛的应用，所以必须使用品质很高的滤波器件，例如光栅和空间滤波器组件，或全息激光窄带通滤波器等光学元件，这些元件总要引入光强的损失，并且使系统的结构复杂，要求高精密度的调节，且成本高。
本实用新型的目的就是要彻底解决由传输光纤产生的拉曼散射造成干扰而带来的问题，避免传输光纤的拉曼散射，并能测量弱散射样品，放宽了对距离的限制，结构上只使用一路光纤，简化结构，降低成本。
本实用新型的目的是这样实现的：
一种用于现场遥测的使用单路接收光纤的拉曼散射光探头，由激发光源、光学元件组成，其特征在于：
激发光源设置于光探头内，光探头的输出端设有单路接收光纤；
所述激发光源的光束经反射镜和前透镜会聚于样品，样品的散射光经前、后透镜收集会聚输入单路接收光纤传递给设置于远距离处的测量仪器；所述激发光源可以设有导线与外部电源及控制线路连接。
本实用新型的目的还可以通过以下措施实现：
在所述样品与接收光纤之间的光路上，还可以增设有滤波/检验偏振的光学元件；在所述光源与样品之间的光路上，于反射镜之前还可以增设有起偏/旋转偏振/光强调制的光学元件及相关的信号控制线。
在所述激发光源的光路上还可设有用于传送光源至外部测量仪器的另一路光源外传光纤。
所述激发光源、反射镜，前、后透镜均可设置于一盒体内，前透镜从盒体壁露出，样品置放于盒体之外，接收光纤从盒体壁穿出通往测量仪器。所述接收光纤也可以通过安装于盒体上的光纤接口与所述光探头相连。
本实用新型有以下积极有益的效果：
与上面所提到的双光纤探头相比，本实用新型有如下的优点：
1、由于将激发光源置于探头体内，从而省略了传送激发光的光纤，彻底避免了光纤的拉曼散射，由此省去了滤波器件以及激发光与传送光纤的接口，简化了结构，减少了光能的损失，降低了成本，克服了以前方法不能测量弱散射样品的缺点和对距离的限制。
2、只使用一路光纤而不是两路，并省去了窄带通滤波器，可以降低成本。
3、结构简单。
4、将这种采用光纤的拉曼散射装置，包括此探头和后面的测量仪器，与传统的非光纤的拉曼散射装置比较，它们在激发样品和收集散射光的方式上是相同的。但这种使用光纤的装置提供了结构的灵活性，可用于现场遥测，此探头的前透镜相当于传统方法的集光透镜。这种装置比传统装置而言只增加了后透镜，接收光纤，和使光纤输出与测量仪器匹配的接口，如果在这三个环节上的传输效率都等于1，则此装置应该有与传统拉曼光谱仪器相同的结果。事实上，由于这三个环节的不完善，效率总会小于1，具体数据依赖于系统的设计，元件以及安装调整的质量。
5、本实用新型也可用于拉曼光谱以外的其他种类的光谱测量，如萤光光谱等。
本说明书有以下附图：
图1是已有技术中浸入式两路光纤光探头的结构示意图。
图2是已有技术中将探头置于样品外的两路光纤光探头的结构示意图。
图3是本实用新型的单路光纤光探头的结构示意图。
图4同图3，为另一实施例。
图5同图3，为又一实施例。
图6为本实用新型又一实施例。
附图编号：
1．光源         2．测量仪器   3．样品
4．传送光纤     5．接收光纤   6．照射光
7．散射光       8．容器       9．准直透镜
10．前透镜      11．后透镜    12．双色滤波器/全息窄带陷波器
13．窄带通滤光器14．反射镜    15．反射镜
16．滤波光学元件              17．检验偏振的光学元件
18．起偏光学元件              19．旋转偏振光学元件
20．光强调制元件              21．光源外传光纤
22．盒体
图1、图2所示已有技术已叙述于前。
图3示本实用新型现场遥测的使用单路接收光纤的拉曼散射光探头，其构造包括：它由激发光源1、前透镜10，反射镜14、小截面的反射镜15，接收光纤5、后透镜11组成，样品3置放于前透镜10的前方。
其组合位置是：激发光源1的照射光束6经设置于光束前方且与光束斜置的反射镜14和小截面反射镜15的反射会聚于前透镜10，经前透镜10会聚于样品3，样品3的散射光束7被收集后前透镜10平行传递到后透镜11，后透镜11将散射光束7收集会聚为一束进入传递光纤5输往测量仪器2。
实施时，所述透镜10、11可以是单片的透镜，也可以是透镜组。
本实用新型是一种新式的探头结构，特点是使用小型的光源，将探头的光学系统和光源集成为一体，仅使用一路光纤传送探头从样品接收的散射光信号，图3是其基本结构，它由激发光源1，会聚激发光源于样品3并同时收集来自于样品的散射光的前透镜10，将激发光传到前透镜的反射镜14、15，将散射光7会聚于接收光纤的后透镜11组成，采用小型的激发光源以使探头小型化，如半导体激光器泵浦的倍频YAG激光器或各种形式的半导体激光器或其它小型的激光器，来自于光源的窄光束经反射镜14、15反射后再经前透镜10会聚于样品3上，前透镜10收集样品的散射光，收集的散射光再经后透镜11会聚于接收光纤5，并经光纤传送到测量仪器。所述反射镜15采用小截面的反射镜是为了不遮挡收集到的散射光，也可以在使用扩展光束的情况下采用对激发光反射和对拉曼散射光透射的大截面的滤波片的结构。可由外面接入光源的电源线和其它各种控制信号。
实施时，在图3所示的基本光路中，还可以插入其他需要的光学元件。
图4为插入其它光学元件的实施例：在所述样品3与接收光纤5之间的光路上，还可以增设有滤波光学元件16，检验偏振的光学元件17；在所述光源1与样品3之间的光路上，于反射镜14或15之前还可以增设有起偏光学元件18，旋转偏振的光学元件19，光强调制的光学元件20，及相关的信号控制线。
在图5所示实施例中，在所述激发光源的光路上还设有用于传送光源至外部测量仪器的另一路光源外传光纤21。
请参照图6，实施时，也可以将激发光源1直接照射反射镜15而无需设置反射镜14。
在图3所示实施例中，所述激发光源1、反射镜14、15，前、后透镜10、11设置于一盒体22内，前透镜10从盒体22前壁露出，样品3置放于盒体22之外，接收光纤5从盒体22壁穿出通往测量仪器2。
本实用新型的一个具体实施的例子，可采用半导体激光泵浦的倍频YAG激光器，输出波长为532纳米，40毫瓦的连续光，光束经截面为2×2平方毫米的反射镜15送至前透镜再会聚于样品上，前透镜直径30毫米，焦距为80毫米。后透镜直径30毫米，焦距为50毫米。光纤直径200微米，长若千米，光纤输出经焦距50毫米的透镜耦合于光谱仪。
虽然以上叙述集中于拉曼光谱，实施时，本实用新型也可以用于其他种类的光谱测量如萤光光谱等。

Claims (5)

1、一种用于现场遥测的使用单路接收光纤的拉曼散射光探头，由激发光源、光学元件组成，其特征在于：
激发光源设置于光探头内，光探头设有与异地的测量仪器连接的单路接收光纤；
所述激发光源的光束经反射镜和前透镜会聚于样品，样品的散射光经前、后透镜收集会聚输入单路接收光纤传递给设置于远距离处的测量仪器。
2、如权利要求1所述的用于现场遥测的使用单路接收光纤的拉曼散射光探头，其特征在于：在所述样品与接收光纤之间的光路上，于后透镜之前还可以增设有滤波/检验偏振的光学元件；在所述光源与样品之间的光路上，于反射镜之前还可以增设有起偏/旋转偏振/光强调制的光学元件及相关的信号控制线。
3、如权利要求1所述的用于现场遥测的使用单路接收光纤的拉曼散射光探头，其特征在于：在所述激发光源的光路上还设有用于传送光源至外部测量仪器的另一路光源外传光纤。
4、如权利要求1所述的用于现场遥测的使用单路接收光纤的拉曼散射光探头，其特征在于：所述激发光源、反射镜，前、后透镜均设置于一盒体内，前透镜从盒体前壁露出，样品置放于盒体之外，接收光纤从盒体壁穿出通往测量仪器。
5、如权利要求1所述的用于现场遥测的使用单路接收光纤的拉曼散射光探头，其特征在于：所述激发光源有导线与外部电源及控制线路连接。
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