[发明专利]一种双波长激光拉曼光谱仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光光谱探测系统,尤其涉及一种采用双波长激光拉曼探测的仪器，适用于物质的分子成分探测，属于光电探测领域。

背景技术

在激光拉曼检测中，激发激光除了在目标上激发出离散的拉曼散射谱线以外，还存在连续辐射的部分，即荧光散射干扰，在某些情况下，强荧光背景会严重影响拉曼信号，甚至掩盖住拉曼信号，导致激光拉曼检测效果的严重下降。

采用波长接近的两个波长的激光分别激发拉曼信号，然后通过差分运算消除荧光连续辐射是一个较好的抑制消除荧光的方法。独立的双波长系统在构建的时候复杂程度增加两倍，效率低下。如何高效快捷地实现双波长激光拉曼检测是一个急需解决的难题。

本专利针对该难题，提出一种高效快捷地实现双波长激光拉曼检测的仪器及方法，将互补声光可调滤波器运用于双波长拉曼探头，并且采用超连续谱激光器及同一光谱仪，实现了源与后端的复用，该仪器及方法可有效地实现双波长拉曼检测，并且可方便地实现连续多波长拉曼检测，为解决拉曼荧光干扰，提高拉曼检测效果提供了解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效快捷地实现双波长激光拉曼检测的仪器，通过复用增加仪器的轻便性和易用性，用以解决传统单波长激光拉曼荧光干扰问题。

本发明是这样来实现的：

双波长拉曼光谱仪主要包括主控制器、拉曼光谱仪、超连续谱激光器及双波长拉曼探头。

其中，双波长拉曼探头由发射光纤、接收光纤、发射扩束镜；射频控制器、AOTF互补窄通带滤波器、多色镜、会聚镜、全反镜、AOTF互补窄带陷滤波器和光纤耦合镜组成；

主控制器内有主控软件，用于对超连续谱激光器、射频控制器、通过USB接口对拉曼光谱仪进行供电与接收及分析其输出光谱信号；

超连续谱激光器通过SMA接口与发射光纤连接；拉曼光谱仪与接收光纤通过SMA接口连接；

发射光轴与接收光轴平行，目标测试点位于发射光轴上；

双波长拉曼光谱仪按以下步骤工作：

(1)双波长拉曼信号获取

主控制器3发出控制指令启动射频控制器，设定AOTF互补窄通带滤波器的通带波长为λ₁，AOTF互补窄带陷滤波器的陷带波长也为λ₁；

主控制器发出控制指令启动超连续谱激光器，超连续谱激光器发出的超连续谱激光通过发射光纤传输，经过发射扩束镜进行扩束后沿发射光轴行进，经过AOTF互补窄通带滤波器窄带滤波后波长变为λ₁，透过多色镜，经会聚镜聚焦至目标测试点；

目标测试点的拉曼回波信号沿发射光轴返回，透过会聚镜，经多色镜反射后，朝全反镜行进，再经全反镜反射后转向接收光轴，经AOTF互补窄带陷滤波器瑞利滤波，去除波长为λ₁的发射回波成份后，余下的拉曼信号经光纤耦合镜会聚至接收光纤端面，然后进入接收光纤内部传输，再进入拉曼光谱仪，经过光栅分光，光电转换后的激发波长为λ₁的拉曼光谱数据送入主控制器进行存储分析；

主控制器发出控制指令启动射频控制器，设定AOTF互补窄通带滤波器的通带波长为λ₂，AOTF互补窄带陷滤波器的陷带波长也为λ₂；

此时，超连续谱激光器发出的超连续谱激光通过发射光纤传输，经过发射扩束镜进行扩束后沿发射光轴行进，经过AOTF互补窄通带滤波器窄带滤波后波长变为λ₂，透过多色镜，经会聚镜聚焦至目标测试点；

目标测试点的拉曼回波信号沿发射光轴返回，透过会聚镜，经多色镜反射后，朝全反镜行进，再经全反镜反射后转向接收光轴，经AOTF互补窄带陷滤波器瑞利滤波，去除波长为λ₂的发射回波成份后，余下的拉曼信号经光纤耦合镜会聚至接收光纤端面，然后进入接收光纤内部传输，再进入拉曼光谱仪，经过光栅分光，光电转换后的激发波长为λ₂的拉曼光谱数据送入主控制器进行存储分析；

(2)双波长拉曼信号处理

主控制器的分析软件程序对采集的双波长拉曼光谱数据按以下步骤进行分析：

a.面积归一化

将λ₁的拉曼光谱数据与λ₂的拉曼光谱数据按光谱曲线下面包围的面积进行归一化运算，得到λ₁的归一化拉曼光谱数据与λ₂的归一化拉曼光谱数据；

b.差分运算