[实用新型]一种全息型针尖增强拉曼光谱仪光学系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及拉曼光谱仪，尤其是涉及一种全息型针尖增强拉曼光谱仪光学系统。

背景技术

不论常规拉曼光谱还是表面增强拉曼光谱，其空间分辨率都无法突破光学衍射极限，从而对研究的对象存在很大的局限。

近年来人们发现，采用“针尖增强拉曼光谱技术”可以达到几十纳米到几个纳米级别的突破光学衍射极限的空间分辨率和单分子的检测灵敏度。在常压和空气条件下，针尖增强拉曼光谱技术（以下称TERS）是目前唯一可以在几个纳米到几十个纳米尺度提供样品化学成份信息的表面和界面光学表征技术。因此，不论工业应用，还是基础科学研究都对“针尖增强拉曼光谱仪器”有着很大的需求，对TERS仪器的研制、开发应用是目前拉曼光谱领域的研究热点。光学系统是TERS的最主要也是重要的组成部分。

TERS的基本工作原理为：利用扫描探针显微技术将金或银的针尖逼近基底，在合适波长和偏振的激光照射下，针尖末端由于表面等离子体共振效应产生增强的电磁场，因此位于针尖下方样品的拉曼信号得到增强。TERS具有高的灵敏度和空间分辨率，并能同时获得样品表面的形貌和化学信息。仅需采用毫瓦级的激光功率即可，因此得到广泛的重视。

目前，国际上的一些知名公司，如NT-MDT,Renishaw和Nanonics都推出了商业化的TERS仪器。TERS仪器的自主知识产权化也见诸申请，如美国专利US2002/0154301，专利US2010/0245816；中国专利CN101082585A以及申请人已取得的中国专利201110354369.9。

以上TERS仪器的一个共同特点是其光学系统基本都是建立在共聚焦显微技术的基础上。这使得仪器操作难度大，造价高。迄今为止国际上发表的高水平的研究工作基本都是在实验室自行研制的仪器上获得的，鲜有在商品化的TERS仪器得到高水平的研究成果。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种全息型针尖增强拉曼光谱仪光学系统。

本实用新型设有：

一个激光器，所述激光器用于激发样品的拉曼信号，作为系统激发光源；

一个分光棱镜组，所述分光棱镜组用于将激光器发出的一束激光束分为两束平行运行的激发光束，所述分光棱镜组设有立方棱镜和三角棱镜，所述分光棱镜组设于激光器前方；

一个边缘滤波片，所述边缘滤波片用于反射分光棱镜组成的两束平行运行的激发光束，并在拉曼收集光路上滤除反射的激发和样品光、瑞利散射等噪音，所述边缘滤波片设于分光棱镜组前方，将两束激光以45°角入射于拉曼信号采集透镜；

一个高NA值透镜，所述高NA值透镜用于将边缘滤波片反射的两束激发光束会聚于一个针尖末端聚焦点；

一个样品载物台，所述样品载物台用于放置待测样品；

一个拉曼信号采集透镜，所述拉曼信号采集透镜用于将采集的拉曼信号输送到光谱仪和检测器进行分光和检测。

所述激光器可采用LD激光器或气体激光器等。

所述边缘滤波片可采用长通滤波片或陷波滤波片等。

本实用新型具有以下突出优点：

1、出射的激光束由棱镜组分成两束平行运行的光束，两光束经高数值孔径镜头实现会聚。显然，这是一种新型全息记录系统。该系统简单、操作方便。在实际应用中，针对不同检测对象可以设计正置和倒置两种模式。

2、双光束的激发避免了针尖与光斑耦合时由于针尖支架（例如AFM针尖的悬臂梁）对激发光高斯中心的反射，极大地提高了激光的激发效率，并且降低由此反射造成的背景噪声，从而有效地提高拉曼光谱收集和信号处理。

3、紧凑的光学系统有利于TERS仪器小型化和实用化。以上特点使本实用新型与专利US2002/0154301，US2010/0245816，CN101082585A相比具有独特的优越和创新。

4、本实用新型与目前已报道的产品不同，本实用新型采用双光束聚焦系统，所以称全息型TERS光学系统。相对于目前已报道的TERS仪器系统方便易用、可在实际生产、研究中得到重要的应用。

附图说明

图1为本实用新型正置式光学系统的结构示意图。

图2为本实用新型倒置式光学系统的结构示意图。

在图1和2中，各标记为：1是激光器，2是立方棱镜，3是三角棱镜，4是边缘滤波片，5是高NA值透镜，6是针尖，7是样品载物台，8是拉曼信号采集透镜，9是拉曼分光系统，10是聚焦光在针尖末端的放大图。

具体实施方式