[发明专利]一种具有自参考光纤的光学探头

说明书

技术领域

本发明涉及光学信号检测技术领域，特别是一种蓝宝石光纤能够非常靠近样品表面、能够缩短实验中的光采集时间的一种具有自参考光纤的光学探头。

背景技术

在所有的光谱学技术中，对探测到的光的强度的定量测量需要有一个参照强度，因为所探测的信号的强度取决于一系列的因素如入射到样品上的激发激光束的功率、样品光照的几何构型、从样品到谱仪的发射的耦合、谱仪的探测效率等，但这些通常都不容易确定。目前的最主要的困难在于光纤光学测量系统，因为信号经常会变化，甚至是由于光纤的输入和输出端移动导致的。

当光照射到某物质上时，使用谱仪采集其散射光，发现散射光中除了与入射光频率相同的谱线外，还有一小部分强度极弱、频率改变(增加或减少)的谱线，这一现象称为拉曼效应，这种实验方法称为拉曼光谱。拉曼光谱反映分子振动及转动信息，是研究物质结构及分析测试的主要手段。上述光的参照强度的问题在拉曼光谱相关设备中尤其引起了关注。为了克服上述困难，某些实验中使用为样品定一个内标的方法，即在测量待测样品的同时测量另一个标准样品；某些实验中将这个标准包含在测量的装置仪器中，称为外标，这种方法即为自参考方法，自参考方法的优点是可以应用于各种样品。

使用自参考方法的现有技术有三，一是，将一层钻石膜沉积在光纤探头末端，钻石膜的拉曼光被用作标准，但是多晶薄膜减少了入射到样品的激发激光的能量以及与从样品发射回探头的拉曼光的耦合，光纤用于耦合从激光器到样品的激发光和从样品到谱仪的拉曼光。二是，使用一个小的钻石单晶嵌入到一个位于光纤探头末端的玻璃针尖，但是，因为钻石颗粒需要偏离主光路以避免过渡散射，从钻石和样品发出的拉曼信号的比率仍然随系统光路的变化而变化。三是，使用一个蓝宝石窗来作为自参考，即用蓝宝石的拉曼信号强度作为参照强度，激发激光束形成两个焦点，第一个位于一个蓝宝石窗口内，第二个位于样品内，但是，从蓝宝石出来的拉曼光比从样品出来的拉曼光弱很多，这就需要使用很长的采集时间，但即使这样，仍然需要更多的数据处理方法才能得到较好的数据分辨率。

拉曼光谱中的另一个限制是样品的激光加热效应，即激发激光的能量使样品温度升高，这会导致某些生物样品的降解，一些现有技术使用旋转样品来减少样品加热效应，但是将会降低实验数据的空间分辨率；上述第三个现有技术中起到自参考作用的蓝宝石窗位于探头内，与样品较远，因此在谱仪中探测到的蓝宝石窗发出作为参考信号的拉曼光与从样品发出待测的拉曼光比较，强度弱很多，需要足够的采集时间才能得到足够强度的参考信号，所述一种具有自参考光纤的光学探头能解决问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明目的是：改变现有技术中蓝宝石窗位于探头之内而不能与样品接触，无法发挥其热传导能力的实际，从而解决了上述问题。

本发明所采用的技术方案是：

所述一种具有自参考光纤的光学探头主要包括电源、激光二极管、透镜I、输入光纤、探头体、输入透镜、滤光片、双色向滤光镜、透镜II、蓝宝石光纤、拉曼滤光片、透镜III、输出光纤、谱仪，所述探头体、输入透镜、滤光片、双色向滤光镜、透镜II、蓝宝石光纤、拉曼滤光片、透镜III组成探头，所述激光二极管连接有电源，所述激光二极管激发激光束通过所述透镜I、输入光纤进入探头后，首先被所述输入透镜准直，然后经过所述滤光片，再被所述双色向滤光镜偏向至所述透镜II并聚焦到所述蓝宝石光纤，所述输入透镜、滤光片、双色向滤光镜、透镜II、拉曼滤光片、透镜III位于所述探头体内，所述蓝宝石光纤方向沿着c-轴、直径0.5毫米，长度8厘米、且其作为一个外标，即在所述谱仪中得到的所述蓝宝石光纤的拉曼光作为参照信号，起到自参考作用。所述c-轴为直立结晶轴。

所述蓝宝石光纤外侧套有不锈钢细管、且其上端部具有一光纤连接器，使得所述蓝宝石光纤能够与所述探头体的下方连接或分离，实验时，所述蓝宝石光纤下端能够靠近样品表面、且与样品位置非常近，特别是当所述探头在以接触模式工作时，所述蓝宝石光纤下端能够与样品接触，发挥所述蓝宝石光纤热传导能力，降低样品的激光加热效应；在激发激光照射时，从样品以及所述蓝宝石光纤发射出来的拉曼光与激发激光反向传播，并由所述透镜II准直，然后经过所述拉曼滤光片以过滤反射或散射的激发激光，并被所述透镜III聚焦到所述输出光纤中，并进入所述谱仪，使得进入所述谱仪的由所述蓝宝石光纤发出的拉曼光增强了，缩短了实验中的光采集时间，即拉曼光谱中作为参考信号的所述蓝宝石光纤的信号增强。