[发明专利]用于深色材料光谱分析的动态物镜

说明书

技术领域

 本发明涉及用于聚合物的识别频谱分析系统。具体地说是一种用于深色材料光谱分析的动态物镜，可改善拉曼光谱识别系统，有效和快速地识别深色材料。

背景技术

目前，聚合物材料的检测是通过拉曼光谱进行。然而，许多回收利用的材料是黑色或深色，现有的材料识别技术对于这种深色的材料料已被证明是最难以辨认的。由于深色材料有非常强的吸收光的特性，大部分的拉曼激光识别所需的信号被样品所吸收，因此检测不准确或无法完成检测任务。一般的拉曼激光的信号由于热导而导致深色材料产生变化，甚至出现冒烟，从而被进一步遮蔽，使得拉曼信号非常弱。

为了减少在深色材料上由于激光诱导产生的有害变化，有人试验降低的深色材料的表面上的激光功率密度。降低激光功率密度的方法之一是降低总的激光功率照射的深色材料表面。但为了积累足够的信号用于识别，信号采集时间需要按比例增加。显然，这种方法在快速鉴定法中并不适用。

另一种减少的激光的功率密度的方法是增加的激光光斑照射面积。实验已经表明，当1瓦特的总激光功率在波长为800nm的激光光点的大小，照射深色材料样品时，为避免激光诱导深色材料样品产生有害变化，需要增加40倍激光光斑照射面积。同时，还需将收集光纤束的接受面积增加40倍。从技术的角度来看，这几乎是不可能实现的。因为，仅扩大激光光斑大小而不改变光学组件，会导致用于样品收集的纤维束被光学信号装得过满，同样减少了所采集到的信号的强度。

综上所述，有必要找到一种使用拉曼光谱技术对深色材料进行识别的快速而有效的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于深色物体光谱分析的动态物镜，可有效和快速地识别深色材料。

本发明的技术方案是在拉曼光谱仪垂直于Z轴（光学轴）并靠近样品端的一方装配一个物镜支架，物镜支架上装配有一个动态物镜，物镜支架由电机驱动。

进一步，所述的动态物镜与物镜支架之间，通过弹簧连接，物镜支架通过偏心轴，由电机（直流）驱动，作横向或竖向运动。

进一步，所述的动态物镜装配在物镜支架的中心，物镜支架的偏心轴孔装在由电机驱动的轴上。

进一步，所述的动态物镜的振动频率为0.1—100赫兹,振动振幅< 2.5毫米；

进一步，所述的动态物镜运动的线性速度在0.1—100厘米/秒之间；

进一步，所述的动态物镜转动的速度在0.1和100圈/秒之间。

本发明的工作原理是：从图3可知，动态物镜F是放置在(0,0,0)，二级管激光光束由动态物镜F在焦点(0,0, f )平行集中。拉曼信号由动态物镜F的激发震源点(0,0,f)聚焦，并通过全息限波滤波器固定物镜F1到光纤束于焦点(0,0,L)。当物镜F移动到(a,0,0)时（如图4）,拉曼信号从激发震源点(a,0,f)通过动态物镜F集中在(a,0,0)，拉曼信号仍然从固定物镜F1集中在同一点的焦点(0,0,L)上。换句话说,无论动态物镜F怎么移动,只要是在同一垂直平面,拉曼信号始终收集于焦点(0,0,L)。当动态物镜F是垂直的振动于光轴的平面上时,（如图4和5），由于动态物镜F的运动会被保持在X和Y轴方向，激光在样品表面所形成的聚焦点也会因与动态物镜F的同步运动而发生相应改变。随着振动幅度的增加，对动态物镜F扫描区域的焦点面积将会增加。采用随机、或规律的振幅物镜在X和Y方向,激光点的运动将有效分散在目标样品的表面。结果,在激光焦点面积里的平均功率密度可以相应地减少,直到它低于激光可诱导有害变化的临界值。

 关键的认识是,激光从信号源运行到样品后反射回到收集光纤的时间小于1毫秒(如果焦距f < 15厘米)。如果振动频率为50赫兹和振动振幅是< 2.5毫米, 在这1毫秒的时间内，动态物镜F由于振动振幅小于1纳米。这意味着通过动态物镜F和固定物镜F1将采集到的达到同一焦点(0,0,L) 的拉曼信号不会由于动态物镜F的机械运动被削弱。结果是当振动频率0.1—100赫兹、振动振幅< 2.5毫米时，使动态物镜F从0.5 mm到激光点直径5毫米时产生等效,而其功率密度减少了100倍。同样，当动态物镜运动的线性速度在0.1—100厘米/秒之间时、动态物镜转动的速度在0.1和100圈/秒之间时，拉曼信号不会由于动态物镜F的机械运动被削弱，使动态物镜F从0.5 mm到激光点直径5毫米时产生等效,而其功率密度减少了100倍。