[发明专利]基于数字微镜元件的微型固化拉曼光谱仪

权利要求书

1.一种基于数字微镜元件的微型固化拉曼光谱仪，其特征是，由拉曼散射采集模块、分光检测模块和计算机三部分构成，拉曼散射采集模块为前向散射方式并包括：连续激光器(1)，第一滤光片(2)，第一会聚透镜(3)，第二会聚透镜(4)，柱面会聚透镜(5)，样品池(6)，第三会聚透镜(7)，二向色镜(8)，第二滤光片(9)，平面反射镜(10)；分光检测模块包括：狭缝(11)，准直透镜(12)，衍射光栅(13)，第四会聚透镜(14)，数字微镜元件(DMD)(15)，数字微镜元件控制器(16)，第五会聚透镜(17)，单点式探测器(18)，放大器(19)，模数转换器(ADC)(20)；

由连续激光器(1)产生高功率、窄线宽的激发光束；

第一滤光片(2)滤除连续激光器(1)本身的杂散光；

第一会聚透镜(3)，第二会聚透镜(4)组合调节激发光束的直径，与狭缝(11)高度相匹配；

柱面会聚透镜(5)将圆状激发光束会聚成线状光束，与线状狭缝(11)相匹配，实现虚拟狭缝的设置，提高狭缝(11)处拉曼散射光束的光通量；

样品池(6)放置待测样品，收集前向散射光束；

第三会聚透镜(7)将样品池(6)处的线状入射光斑成像在狭缝(11)处，样品池(6)和狭缝(11)呈物像共轭关系；

二向色镜(8)让激发光束透射通过，并反射转折拉曼散射光束光路；

第二滤光片(9)滤除夹杂在拉曼散射光束中的激发光束；

平面反射镜(10)转折拉曼散射光束光路；

狭缝(11)限制拉曼散射光束通过，影响光谱分辨率，较窄的宽度，对应较高的分辨率；

准直透镜(12)对通过狭缝(11)的拉曼散射光束进行准直；

衍射光栅(13)通过衍射作用对拉曼散射光束进行分光；

第四会聚透镜(14)将经过衍射光栅(13)分光的拉曼散射光束按不同波长入射到数字微镜元件(DMD)(15)微镜面的不同位置；

数字微镜元件(DMD)(15)对已分光的拉曼散射光束进行谱面分割；

数字微镜元件控制器(16)通过阿达玛变换算法控制数字微镜元件(DMD)(15)；会聚透镜(17)将数字微镜元件(DMD)(15)的微镜面成像在单点式探测器(18)的探测面上，数字微镜元件(DMD)(15)和单点式探测器(18)呈物像共轭关系；

单点式探测器(18)将拉曼散射光信号转换成电信号；

放大器(19)将电信号放大由模数转换器(ADC)(20)将模拟电信号转换成数字信号并输出到计算机进行数据处理。

2.如权利要求1所述的基于数字微镜元件的微型固化拉曼光谱仪，其特征是，狭缝(11)与数字微镜元件(DMD)(15)呈物像共轭关系；数字微镜元件(DMD)(15)由M×N的微镜阵列构成，每个微镜可以发生±10°的偏转，入射光束入射到DMD的不同微镜时，反射光束会具有不同的偏离角度，当微镜发生+10°偏转时，反射光束可以从DMD出射，进入后续光路，对应状态“1”；当微镜发生-10°偏转时，反射光束不能从DMD出射，无法进入后续光路，对应状态“0”；DMD的微镜阵列是通过底层CMOS电路进行数字控制的，未加电压时，微镜不发生偏转，属初始状态；加电压时，由于上下电极间的静电力作用，微镜发生±10°的偏转，分别对应状态“0”和状态“1”；数字微镜元件控制器(16)在计算机(21)的控制下通过底层CMOS电路根据阿达玛数字变换技术通过阿达玛变换算法控制数字微镜元件(DMD)(15)的偏转，将波长按照一定的规则进行分组，单点式探测器(18)使用光电倍增管(PMT)或雪崩光电二极管，接收多个波长组合的拉曼散射光束。

3.如权利要求1所述的基于数字微镜元件的微型固化拉曼光谱仪，其特征是，拉曼散射采集模块为后向散射方式，结构为：连续激光器(22)和滤光片(23)共同作用，产生中心波长为785nm、功率不小于50mW和线宽不大于0.6nm的激发光束；

第24会聚透镜(24)、第25会聚透镜(25)为焦距长短不一样的会聚透镜组合，对激发光束的直径进行缩小调节，第24会聚透镜(24)的像方焦点与第25会聚透镜(25)的物方焦点相重合，第24会聚透镜(24)的焦距比第25会聚透镜(25)的焦距长；

柱面会聚透镜(26)对圆状激光光束进行会聚，在位于柱面会聚透镜(26)的像方焦平面处的样品池(28)上形成线状入射光斑，实现虚拟狭缝的设置，激发出拉曼散射光束；二向色镜(27)允许波长较短的激发光束透射通过，而反射转折波长较长的拉曼散射光束；样品池(28)上的线状入射光斑通过会聚透镜(29)成像在狭缝(11)处，与狭缝(11)的50μm宽度相匹配，样品池(28)和狭缝(11)呈物像共轭关系，并且放大率约等于10；

样品池(28)和会聚透镜(29)离二向色镜(27)较近，有利于后向拉曼散射光束的收集；

滤光片(30)滤除拉曼散射光束中存在的后向散射的激发光；

平面反射镜(31)转折拉曼散射光束光路。