[发明专利]一种基于边带滤光片的拉曼光谱仪

说明书

技术领域

本发明涉及显微光谱仪技术领域，更具体地涉及一种基于边带滤光片的、具有低成本和高透过率、低至10波数检测能力的拉曼光谱仪。

背景技术

众所周知，随着现代科技的发展，各种应用于拉曼光谱测试的滤光片应运而生。这些滤光片使得不再需要数个单色仪来过滤激发光，从而让拉曼光谱仪变得非常小巧。现有的显微拉曼光谱仪集成了激光器、显微镜、共焦针孔、光栅和探测器，如图1所示。到目前为止，使用陷波滤光片和边带滤光片的单光栅拉曼光谱仪已经占据了主要的拉曼光谱仪市场。在这里，陷波滤光片和边带滤光片既起着把激发光反射到样品上的作用，又起着过滤散射信号中瑞利线的作用。

在拉曼光谱测量中，很多时候人们希望获得非常靠近激发光的低波数拉曼信号，但传统的配备陷波滤光片和边带滤光片的单光栅拉曼光谱仪一般仅能测到高于50波数的拉曼信号，并且更换激光器非常不方便。而低于50波数的拉曼光谱信号通常需要三光栅拉曼光谱仪或者由三块体光栅陷波滤光片组成的特殊功能模块来测量。这时，由于光栅和反射镜等效率的原因，三光栅拉曼光谱仪的光谱信号透过率通常只有单光栅拉曼光谱仪的1/10，甚至更低，而体光栅陷波滤光片的透过率虽然有所提高，但其调节非常不方便，而且单激光波长的使用成本非常高。由于很多低波数拉曼信号的强度都非常弱，这就为广泛地研究各种材料低波数拉曼信号带来很大的困难。因此，如何利用单光栅拉曼光谱仪这种光谱信号透过率高的特点但又不采用体光栅陷波滤光片技术来测量低波数拉曼信号，是当前拉曼光谱测量技术所需要迫切解决的一个问题。

随着滤光片技术的逐渐进步，边带滤光片的截止频率越来越低。现有的技术已经能够生产出截止波数小于25波数的特殊边带滤光片。随着截止波数越来越小，如何调节边带滤光片使其工作波数足够低就很困难，这使得这种特殊的边带滤光片很难在商业化显微共焦拉曼光谱仪上使用。目前即使截止波数小于25波数的特殊边带滤光片已经进入市场数年，但科学论文报道的使用边带滤光片测试的拉曼光谱最低波数仍然在50波数左右。另外，要检测低于10波数的拉曼信号，必须使用体光栅带通滤光片将激光中的等离子线滤除掉。体光栅带通滤光片与传统的带通滤光片有本质的差别，是一种反射式的滤光片。因此，在现有技术中，为了滤除等离子线，都专门设计了额外的光路，将体光栅带通滤光片引入光路中。由于体光栅带通滤光片有特定的工作波长，因此，当改变激光波长时，就必须设计新的光路。然而，现在众多的商业化单光栅拉曼光谱仪都使用了模块化设计思想，光路的调节非常紧密，这对于广大对拉曼光路的原理不了解的用户来说，基本上不可能对现有商业化单光栅拉曼光谱仪的激光入射光路进行改进。因此，如何设计一套结构简单、在使用上综合考虑可更换不同激光线和相应的光学元件、且配合边带滤光片就能检测低至10波数的显微共焦拉曼光谱装置，是广大拉曼光谱工作者所期望解决的重要拉曼光谱技术难题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种拉曼光谱仪，以期解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于边带滤光片的拉曼光谱仪，包括激光器模块、激光器导入与纯化模块、光路耦合与输出模块和信号检测模块，其中，

所述激光器模块至少包括一个激光器LS1，用于发出激光束；

所述激光器导入与纯化模块包括至少两个反射镜M1、M3和特殊带通滤光片BPF，用于将所述激光器模块发出的激光束经由反射镜反射到所述特殊带通滤光片BPF的中心，并由所述特殊带通滤光片BPF反射到后续光路；

所述光路耦合与输出模块包括至少两个反射镜M4、M5、特殊边带滤光片EFT、显微物镜OBJ和聚焦透镜LNS，用于将所述特殊带通滤光片BPF反射的激光束通过两反射镜M4、M5反射到所述特殊边带滤光片EFT的中心，所述特殊边带滤光片EFT再将激光束导向显微物镜OBJ，经显微物镜OBJ聚焦到样品SMP并对其进行照射，并允许照射所述样品SMP的反射光和拉曼信号光经显微物镜OBJ收集后回射到所述特殊边带滤光片EFT的中心，进而利用所述特殊边带滤光片EFT来获得纯净的拉曼信号光，进而由聚焦透镜LNS汇聚到后续的信号检测模块；

所述信号检测模块包括单光栅光谱仪GPY和相应控制电路，用于对所述光路耦合与输出模块获得的纯净拉曼信号光进行检测，得到样品SMP的拉曼光谱。

其中，所述激光器导入与纯化模块和/或所述光路耦合与输出模块中的反射镜分别固定于一个二维竖直可调节架上，使它们的角度分别二维可调。