[实用新型]一种基于门控单光子相机的快速远程拉曼系统

说明书

本实用新型提供一种基于门控单光子相机的快速远程拉曼系统，包括纳秒脉冲激光器、窄带滤光片、光栅光谱仪、门控单光子相机等。纳秒脉冲激光器与门控单光子相机，以距离选通模式工作；纳秒脉冲激光器出射10Hz频率脉冲激光激发待测目标拉曼信号；经窄带滤光片后过滤掉激光信号，通过物镜收集进入光栅光谱仪；光栅光谱仪将复合光分成线性分布的单色光，并成像在门控单光子相机的靶面上；单光子相机进行数据采集后，将数据反馈给计算机，进行光谱信号分析。本实用新型可用于远程目标拉曼信号的快速检测，具有非接触测量、灵敏度高、信噪比高、检测快速的优势，可广泛应用于违禁物品安检、液体安检及矿石、珠宝、化工制品、生物医药检测等领域。

技术领域：

本实用新型涉及一种快速远程拉曼光谱系统，尤其涉及一种基于门控单光子相机进行距离选通的远程拉曼快速检测系统，可广泛应用于违禁物品安检、液体安检及矿石、珠宝、化工制品、生物医药检测等领域。

背景技术：

拉曼光谱是一种分析物质内部分子振动、转动能级信息的无损技术，是一种物质成分识别的“指纹”技术。拉曼光谱因具有非接触测量、检测速度快、无需特殊制样等特点，被广泛应用于生物医药、化工制品、矿石矿物、违禁物品检测等领域。

目前市场上，常用工业、安检等民用领域的拉曼检测仪以连续激光作为信号激发源，所采集的拉曼信号易受样品荧光和环境杂散光的影响，致使拉曼光谱信噪比差。通常，需要增加探测器积分时间，来提高拉曼信号有效性，且难以进行远距离处目标拉曼信号检测。

发明内容：

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基于门控单光子相机的快速远程拉曼系统，可用于远程目标拉曼信号的快速检测，具有非接触测量、灵敏度高、信噪比高、检测快速的优势。

计算机，用于控制纳秒脉冲激光器和门控单光子相机的软件，并对所采集拉曼光谱进行数据处理分析。

纳秒脉冲激光器，用于出射纳秒脉冲激光信号、激发待测目标拉曼信号。

窄带滤光片，用于过滤激光信号。

收集物镜，用于提高拉曼信号收集效率。

光栅光谱仪，用于收集拉曼信号的频域分析。

门控单光子相机，用于光信号的门控选通和信号采集。

进一步的，所述纳秒脉冲激光器的激光波长为532nm，脉宽<10ns，重复频率1-20Hz，具有外触发功能。

进一步的，所述的窄带滤光片，中心波长为532nm，带宽±10nm。

进一步的，所述的收集物镜，波段400-700nm。

进一步的，所述的光栅光谱仪，波谱范围200-1100nm。

进一步的，门控单光子相机，具有高达55000倍的光学增益和最短3ns门宽的功能，可实现弱信号的放大和信号的选通功能，仅在拉曼信号脉冲到达相机靶面的时刻开启，有效避免荧光和背向散射等噪声的影响。

进一步的，门控单光子相机，以单光子计数模式采集数据。在单光子计数模式下，探测器读出噪声及暗计数噪声，可以剔除；单帧工作下，有效信号计数为1，无效信号计数为0；多帧采集后，单光子计数进行累加，提高信噪比。

效果较佳的，所述门控单光子相机包括：双层MCP像增强器、光纤锥耦合镜头、探测器、时序控制模块和门控模块；

双层MCP像增强器用于微弱光信号的增益、放大；

光纤锥耦合镜头，利用光纤对光线的全反射将双层MCP像增强器放大后的光信号耦合到探测器的靶面上；

探测器，用于采集光纤锥耦合镜头耦合的光信号；