[发明专利]一种基于复眼透镜的拉曼探头

说明书

本发明提供了一种基于复眼透镜的拉曼探头，包括依序设置的入射光源、窄带滤光片和二向色镜，还包括沿光路方向位于所述二向色镜一侧的第一聚光镜、位于所述二向色镜另一侧的第二聚光镜和出射狭缝，所述拉曼探头还包括复眼透镜，所述复眼透镜位于所述二向色镜和所述第一聚光镜之间，用于扩大视场范围、降低光能量密度。本发明的拉曼探头通过应用复眼透镜，将光束进行匀化，有效扩大视场范围，降低传输的光能量密度，在实际使用中，可以有效降低引燃或引爆探测深色敏感物质样品的风险，同时扩展了探测非均匀混合物样品的功能。

技术领域

本发明涉及拉曼检测技术领域，尤其涉及一种基于复眼透镜的拉曼探头。

背景技术

拉曼光谱作为物体的一种“指纹”散射光谱，具有分析效率高、样品用量少、适用性强的特点，能够反映物质分子结构的情况，并提供物质结构的丰富信息。因此，拉曼光谱仪广泛应用于科研院所、高等院校、化学实验、安防、公共安全、生物和医学领域，研究物质成分的判断和确认，还可以应用于刑侦及珠宝玉石行业，进行毒品的检测和珠宝玉石的鉴定。

拉曼探头是拉曼光谱仪的基础检测部件，目前具有较多形式，例如，光纤输出形式的拉曼探头、激光空间输出形式的拉曼探头等，虽然形式不同，但其原理基本一样，都是单点探测，也就是将激发光源会聚到一点进行检测。其主要工作流程是：激光器出射的激光经二向色镜反射和收集光路的聚焦照射到探测样品上，探测样品产生的散射光经收集光路收集、再经会聚光路会聚到拉曼光谱仪的狭缝处，最后拉曼散射信号由狭缝耦合至拉曼光谱仪进行光谱分析。

由于拉曼光谱仪的光谱分辨率普遍较高，一般都达到了1nm以下，因此光谱仪使用的狭缝一般为25μm、50μm等微米量级的窄狭缝，由成像光学物像共轭关系可知，拉曼探头的视场很小，拉曼探头会聚的激光光斑一般都是和狭缝同等量级，这样就造成了探测点的能量密度很大，而探测的面积太小等问题。由此带来两个问题，一是，在测量深色敏感物质时，由于探测点的能量密度太高，有可能光分解深色物质，进而导致有引燃、甚至引爆样品的风险；二是，由于探测视场太小，在测多种物质构成的非均匀混合物样品时，有可能导致只探测到单种物品，进而造成测量错误。

针对上述单点探测存在的问题，市场上出现了一些改进方案，比如逐格扫描技术(ORS)，即轨道光栅扫描，其基本原理是通过在一个大区域上快速移动一个紧密聚焦光束的光栅，从而实现光束扫描的功能，ORS技术可以在保持高分辨率的同时又增大了样品的扫描范围，只需要通过依次扫描即可段时间内获得样品的所有成分信息，该技术确实解决了非均匀混合样品的探测，获得了较大的探测视场，但只是减少了单点能量的时间积累，并没有降低单点的能量密度，因此，对于深色敏感物质的探测，还是存在引燃引爆的风险，而且该方案中采用了微机械传动结构，其结构复杂，稳定性很难保证，成本也高。

另一种解决方案是投射拉曼光谱(TRS)技术，即投射拉曼光谱仪收集沿着激光入射方向传播的拉曼散射光，激发激光从一边照射样品，而拉曼信号则从另一边收集。这种技术也可以在一定程度上解决非均匀混合样品的测量问题，因为光束穿透了整个样品，但是测量点能量密度的问题仍没有解决，而且该技术对样品的要求较高，需要将样品预处理成薄片型，如果样品太厚，激发光激发的拉曼散射信号将无法穿透整个样品。

发明内容

本发明旨在解决上面描述的问题。本发明的一个目的是提供一种解决以上问题中的任何一个的拉曼探头。具体地，本发明提供一种能量密度低、兼具大视场探测范围、降低探测深色敏感样品的引燃引爆风险的拉曼探头。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于复眼透镜的拉曼探头，所述拉曼探头包括依序设置的入射光源、窄带滤光片和二向色镜，还包括沿光路方向位于所述二向色镜一侧的第一聚光镜、位于所述二向色镜另一侧的第二聚光镜和出射狭缝，所述拉曼探头还包括复眼透镜，所述复眼透镜位于所述二向色镜和所述第一聚光镜之间，用于扩大视场范围、降低光能量密度。

其中，所述拉曼探头还包括准直镜，所述准直镜位于所述窄带滤光片和所述二向色镜之间。