[实用新型]共聚焦拉曼光谱仪及其光路装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及光学仪器领域，特别涉及一种共聚焦拉曼光谱仪及其光路装置。

背景技术

拉曼光谱是一种散射光谱，它是1928年印度物理学家Chandrasekhara Venkata Raman发现的，并因此获得了1930年的诺贝尔物理学奖。拉曼光谱作为一种物质分子结构的分析测试手段而被广泛应用，尤其是1960年第一台激光器问世以后，激光光源的引入、微弱信号检测技术的提高和计算机的应用，使拉曼光谱分析在许多应用领域取得很大的进展。目前，拉曼光谱已广泛应用于石油、食品、农牧、高分子、制药、生物、医学等领域。

拉曼光谱仪工作原理如下：当一束频率为ν₀的单色光入射到固体、液体或气态介质时，会引起向四面八方辐射的微弱散射光。散射光中较强的是瑞利（Rayleigh）散射，其频率与入射光频率ν₀相同，其强度和数量级约为入射光强的10^-4～10^-3。除瑞利散射外还有拉曼散射，拉曼散射的散射光频率ν与入射光频率有明显的变化：ν=ν₀±|Δν|,其强度约为瑞利散射的10^-8～10^-6，为入射光强度的10^-12～10^-9。拉曼散射线的频率是由入射光频率与分子固有的内部运动频率合成，所以也称为联合散射光。拉曼谱线的频率随入射光频率的变化而变化，但相对于入射光频率的频率差值（频移）Δν保持不变，且与入射光的频率无关，只与散射介质本身的分子结构有关。分子的振动、转动和自旋决定了不同的介质对应有不同的拉曼频移谱图。

现有的拉曼光谱仪的光路装置存在调试复杂、激发聚焦光斑偏大、对于拉曼信号较弱的液体例如水等难以进行测量等缺点。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种具有光路结构简单、检测信号范围广的共聚焦拉曼光谱仪及其光路装置。

根据本实用新型实施例的共聚焦拉曼光谱仪的光路装置，包括在光路上依次设置的下述结构：激发光源系统，所述激发光源系统包括激发光源和扩束镜；拉曼滤光片组，所述拉曼滤光片组具有一侧接收水平入射光并在另一侧形成与入射光垂直的出射光的滤光片结构；显微镜系统，所述显微镜系统包括分别设置于所述拉曼滤光片组样品出射光一侧的显微物镜和设置于所述拉曼滤光片组的样品出射光对侧的管镜；单色仪，来自所述管镜汇聚的拉曼信号射向所述单色仪；以及单光子计数器，所述单光子计数器探测来自所述单色仪的拉曼信号， 其中，从所述激发光源发出的激光由所述扩束镜扩束，穿过所述拉曼滤光片组至所述显微物镜，并通过所述显微物镜将所述激光聚焦在样品上并激发出拉曼信号，所述拉曼信号经过所述显微物镜后变成平行光再通过所述拉曼滤光片组滤掉瑞利散射，此后经过所述管镜聚焦于所述单色仪的入射狭缝处，并被出射狭缝处的所述单光子计数器探测。

根据本实用新型实施例的共聚焦拉曼光谱仪的光路装置，在光路的所有转折部位均采用垂直结构，因此光路的装调及其简单，光程较短，从而可以有效地减少拉曼信号的损失，有利于扩大检测范围；此外，由于采用扩束镜对激光进行扩束，能够充分地利用到显微物镜的有效孔径；并且，由于使用单光子计数器作为收集拉曼信号的探测器，可以通过适当增加积分时间来提高被测拉曼信号的强度。

另外，根据本实用新型上述实施例的共聚焦拉曼光谱仪的光路装置，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本实用新型的实施例，所述拉曼滤光片组包括垂直放置的窄带滤光片、二向分光部件和水平放置的瑞利滤光片，所述显微物镜设置于所述二向分光部件出射光一侧，所述管镜设置于所述瑞利滤光片的出射光一侧。

根据本实用新型的实施例，所述二向分光部件为45°平面反射镜。

根据本实用新型的实施例，所述光路装置还包括一次或多次反射装置，所述反射装置接受来自所述管镜汇聚的拉曼信号并将其反射至所述单色仪。

根据本实用新型的实施例，所述反射装置为平面反射镜。

根据本实用新型的实施例，所述显微物镜采用复消色差平场无穷远金相显微物镜。

根据本实用新型的实施例，所述显微物镜的数值孔径NA可以为0.4以上。由于采用了大数值孔径的显微物镜，有利于增加拉曼散射的收集效率，甚至使得激发效率只有10^-6甚至更低的拉曼信号探测得以实现并商用。