[发明专利]用于注入激励光和从样本收集非弹性散射光的全反射设备

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年6月2日提交的、题为“All Reflective Apparatus For Injecting Excitation Light And Collecting In-Elastically Scattered Light From A Sample”的序列号为61/183,470的美国临时专利申请的优先权，在此通过引用的方式包含其全部内容。

技术领域

本发明一般地涉及发射和收集用于非弹性光谱法的光。特别地，本发明示出了如何利用全反射光学器件来维持所发射的光的光谱纯度，同时又收集来自样本的具有较宽视场的光，重用最靠近样本的反射光学器件和滤光器，该滤光器用于既反射所发射的光又使非弹性散射光通过。

背景技术

在执行非弹性光谱法时，利用一个波长带中的光学辐射照射样本，并且该样本发出第二波长带中的辐射。如果激励辐射在碰撞在样本上之前经过透射光学元件，则光学器件有可能产生非弹性辐射，然后该辐射中的一些被样本散射并且与样本的散射光谱干涉。因此，有时采用反射光学器件来既将入射辐射聚焦在样本上又收集来自样本的散射光。Messerschmidt在美国专利5,225,678中公开了这种设备的示例，其中将对称成对的同样的抛物面镜用于收集和重新聚焦。这种对称系统的一种公知性质是能够由此实现某些像差消除。在公布为美国专利5,311,021的部分继续申请中，Messerschmidt进一步公开了特定于拉曼光谱法(一种形式的非弹性光谱法)的设备。参考专利5,311,021的图14，经由镜16中的孔洞将输入光束引到样本，镜16还反射从样本到检测器的散射辐射。具有孔洞的镜将表现出针对所反射的散射辐射的丢失，这在散射信号较弱时可能是重要的。另一个问题是激光可能从镜中的孔径散射，或者从镜的与激励源相反的那侧的光学器件散射，该散射辐射中的一些可能入射在光谱设备上。在非弹性光谱法中，激励波长的截止通常是关键的，这是因为散射辐射可能比激励辐射弱很多量级，因此这有助于避免产生可能入射在分光计上的不需要的激励辐射的源。

可以使用干涉反射器来执行分离激励(separating excitation)和发射光谱的功能，正如Wheatley等人在美国专利7,497,608 B2中所教导的那样。在Wheatley中，反射器使发射波长透射同时又反射激励波长。Wheatley的设备仅仅旨在照亮，并且特别地，其不适合于既照亮样本又收集来自样本同一侧的散射辐射。Wheatley的设备将需要到样本第二侧的光学通路，这通常是不切实际的。

发明内容

这些以及其他限制被本发明所解决，本发明公开了一种设备，由此全反射光学器件用于既递送激励光束又收集散射辐射，有利地将相同的部分重用于这两种功能。此外，还示出了如何可以通过合适的几何学选择获得较宽的视场。

本发明利用离轴反射器来递送激励光束以及收集来自样本的散射光。长波通干涉滤光器相对于来自离轴反射器的标称准直的光以一定角度布置。长波通(LWP)滤光器将来自激励源的光的标称准直的光束反射到离轴反射器，同时又使来自样本的非弹性散射光通过。应当理解，如果非弹性散射辐射在比激励波长短的波长处，则可以使用短波通滤光器来代替LWP滤光器。还可以使用其带宽足以使非弹性散射辐射通过的带通滤光器。

在一个实施例中，为了使激励波长与所观察到的非弹性光谱之间的所需的波长保护频带最小化，同时又使视场最大化，LWP滤光器相对于非弹性光谱的传播方向以一定角度布置，该角度不超过一定限制，该角度可以从所希望的视场与离轴反射器的焦距的比率计算。也基于该设备的紧凑性，这一角度应当具有下限并且被有利地选择为大约12°。

为最大化在激励源波长处对不需要的辐射的截止，以不同于第一LWP滤光器的角度布置的第二LWP滤光器可以部署在标称准直的区域中。

附图说明

图1A是示出与所收集的非弹性光谱相关联的光线的光学设计的等距图。图1B是示出与激励光束相关联的光线的等距图，仅包含对激励光束进行操作的那些光学元件。

具体实施方式

参考图1A，散射非弹性光谱的辐射15源发于点10处。在经过光学窗口20之后，辐射15入射在离轴反射器30上，离轴反射器30标称地准直光。非弹性光谱经过第一LWP滤光器40，然后经过第二LWP滤光器50。注意，LWP滤光器40、50相对于标称准直的非弹性光谱的传播方向以一定角度布置。然后，非弹性光谱入射在第二离轴反射器60上、被平面镜70反射并且聚焦在点80附近。