[发明专利]一种基于复合阿米西棱镜组的激光拉曼光谱仪

说明书

本发明公开了一种基于复合阿米西棱镜组的激光拉曼光谱仪，包括壳体、激光发生部、复合阿米西棱镜组色散系统、面阵CCD和数据处理系统，激光发生部设置在壳体的第一腔室内，复合阿米西棱镜组色散系统和面阵CCD设置在壳体的第二腔室内，激光发生部发射的激光照射到待测产品上，待测产品上的散射光射入到复合阿米西棱镜组色散系统，然后再照射到面阵CCD上，数据处理系统用于对数据进行处理。本发利用阿米西棱镜的直视特性以及入射角和折射角具有固定角度差来保证两色散光谱中心波长相互错开并固定不变特性，结合面阵CCD的空分复用和多通道并行处理特性进行光电转换，数据处理后拼接生成一维拉曼光谱，实现了高分辨率宽光谱范围的激光拉曼光谱的快速测量。

技术领域

本发明涉及激光拉曼光谱测量仪器相关技术领域，特别是一种基于复合阿米西棱镜组的激光拉曼光谱仪。

背景技术

拉曼散射是介质分子对入射光子非弹性散射的一种，拉曼光谱可以表征介质分子振动或转动能级信息，能够作为“分子指纹”用于物质鉴定的有效手段，广泛应用于材料、化工、石油、高分子、生物、环保、地质等领域。激光拉曼光谱仪用于物质的拉曼光谱的高精度测量，是拉曼光谱分析技术的基础。典型的激光拉曼光谱仪构造包括激光器，入射狭缝，准直透镜，色散系统，聚焦系统，出射狭缝，光电探测器及信号处理系统组成。由于一般拉曼信号很弱，需要精密复杂的光学装置进行测量。目前已有的激光拉曼光谱仪大多采用光栅或棱镜进行分光，光电倍增管或单光子计数器作为光电探测器，通过长时间的波长扫描测得完整拉曼光谱图。这一类激光拉曼光谱仪波长分辨率较高，但绘制一张拉曼光谱图需要较长时间，不能满足实时快速处理的需求。还有一类激光拉曼光谱仪是以光栅或棱镜将所有波长同时色散展开，以一个线阵光探测器同时接收所有波长的光功率，绘出光谱图。这类拉曼光谱仪的光谱分析速度快，可以满足实时快速光谱分析的需求。其中光栅分辨率较高，形成匀排光谱便于定标和校正，但存在光能损失大，需要较强光源，光谱级重叠，易出现假谱线等缺点。棱镜系统虽然存在分光光谱非线性的问题，但其在短波波段具有很好的波长分辨率。拉曼散射系数与激发激光波长成反比，因此采用短波波段激光激发待测物质拉曼散射光可以获得更高的效率，加上棱镜分光系统的高能量利用率及其在短波段的高波长分辨率特性，使其特别适用于微弱拉曼光谱信号的检测。因为测量拉曼光谱需要在拉曼峰附近有较高的分辨率，波长分辨率是拉曼光谱仪的一项重要参数。通常拉曼光谱仪的波长分辨率与入射狭缝宽度，色散系统和光电探测器的参数都有关系。当色散系统确定后，为了提高波长分辨率，一般会采用尽可能窄的入射狭缝，但是这样会降低系统的光通量，影响拉曼光谱仪的灵敏度。在现有光电探测器的发展基础上，入射狭缝宽度一定的情况下，要想提高拉曼光谱仪的波长分辨率，就必须牺牲其工作谱宽。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种体积小、操作便利，系统成本低的基于复合阿米西棱镜组的激光拉曼光谱仪。

本发明提供一种基于复合阿米西棱镜组的激光拉曼光谱仪，包括壳体、激光发生部、复合阿米西棱镜组色散系统、面阵CCD和数据处理系统，所述壳体内部包括第一腔室和第二腔室，所述激光发生部设置在所述第一腔室内，所述复合阿米西棱镜组色散系统和面阵CCD设置在所述第二腔室内，所述数据处理系统与所述激光发生部和所述面阵CCD相连，所述激光发生部发射的激光照射到待测产品上，所述待测产品上的散射光射入到所述复合阿米西棱镜组色散系统，然后再照射到所述面阵CCD上，所述数据处理系统用于对数据进行处理、显示和/或储存。

优选地，所述复合阿米西棱镜组色散系统包括狭缝、准直柱面镜、复合阿米西棱镜和会聚柱面镜，

所述待测产品上散射的光信号通过所述狭缝，然后由所述准直柱面镜准直为平行光束后射入所述复合阿米西棱镜色散系统，然后经所述会聚柱面镜聚焦之后照射在所述面阵CCD上。

优选地，所述复合阿米西棱镜包括上镜组和下镜组，所述上镜组和所述下镜组的光轴方向之间形成夹角α，所述夹角α为0.5°-2°，所述夹角α优选为1.5°。