[发明专利]一种基于贝塞尔光的探头式拉曼光谱仪

说明书

本发明涉及一种基于贝塞尔光的探头式拉曼光谱仪，包括激光器、光谱仪和探头模块，激光器，用于发射高斯光束；探头模块，用于通过传输光纤接收激光器发射的高斯光束，并利用高斯光束转换为贝塞尔光束照射到样本上激发出瑞利散射信号和拉曼散射信号，收集样本反射的瑞利散射信号和拉曼散射信号，滤除瑞利散射信号并保留拉曼散射信号，耦合拉曼散射信号到传输光纤；光谱仪，用于接收探头模块收集的拉曼散射信号。本发明利用贝塞尔光束具有无衍射性和自恢复性的本质，对样品进行更深层的检测并提高所测样品的拉曼光谱的信噪比，使本发明的系统更适合应用于在体或活体等散射样本，同时，本发明将系统模块化，使组装和携带更加方便。

技术领域

本发明属于拉曼光谱技术领域，具体涉及一种基于贝塞尔光的探头式拉曼光谱仪。

背景技术

拉曼光谱是一种散射光谱，拉曼光谱技术是对与入射光频率不同的散射光谱进行分析得到分子振动、转动方面的信息，并应用于分子结构研究的一种方法，拉曼光谱技术分析样品时的光源为一定频率的单色光，单色光入射到介质中会产生两种不同的散射过程，其中一种散射光的频率与入射光频率相同，称为瑞利散射光；另一种散射光频率与入射光频率不同，成为拉曼散射光，拉曼光谱技术用其中频率发生变化的散射光来分析物质结构，该技术目前应用于生物医学、药物化学、刑事调查、材料科学、食品安全和环境监测等领域。

传统的拉曼检测技术一般采用高斯光束进行优化并照射到样本上来采集信号，多会聚焦在样本的表面进行检测，且遇到不均匀散射介质时，高斯光束的聚焦深度限制在两倍的瑞利距离内。

传统的拉曼检测技术主要存在两方面的问题，一是由于光在自由空间传播会发生衍射的本质以及镜头的影响，高斯光束的聚焦深度限制在两倍的瑞利距离内，无法对具有一定深度的样本进行很好的聚焦而探测到信号；二是散射介质会影响高斯光束的聚焦状态，甚至经过一定深度的散射介质后，高斯光束无法形成聚焦状态，不利于在体或者活体样本的检测。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于贝塞尔光的探头式拉曼光谱仪。

本发明的一个实施例提供了一种基于贝塞尔光的探头式拉曼光谱仪，包括激光器、探头模块和光谱仪，其中，

激光器，用于发射高斯光束；

探头模块，用于通过传输光纤接收所述激光器发射的所述高斯光束，并利用所述高斯光束转换成贝塞尔光束照射到样本上激发出瑞利散射信号和拉曼散射信号，收集样本反射的所述瑞利散射信号和所述拉曼散射信号，滤除所述瑞利散射信号并保留所述拉曼散射信号，耦合所述拉曼散射信号到传输光纤；

光谱仪，用于接收探所述头模块收集的所述拉曼散射信号。

本发明的一个实施例中，所述探头模块包括：贝塞尔光生成模块，用于通过传输光纤接收所述激光器发射的所述高斯光束，并利用所述高斯光束转换成的贝塞尔光束照射到样本上激发出所述瑞利散射信号和所述拉曼散射信号；拉曼信号收集模块，用于滤除所述瑞利散射信号并保留所述拉曼散射信号，耦合所述拉曼散射信号到传输光纤。

本发明的一个实施例中，所述贝塞尔光生成模块包括第一光束质量优化模块、第一环形狭缝光产生模块、第一二向色镜和第一会聚透镜，所述第一光束质量优化模块、所述第一环形狭缝光产生模块、所述第一二向色镜和所述第一会聚透镜沿所述激光器发射的第一高斯光束的光路依次设置，所述拉曼信号收集模块包括第一反射镜、第一滤波模块和第一耦合透镜，所述第一反射镜沿所述第一二向色镜的反射方向设置，所述第一滤波模块和所述第一耦合透镜沿所述第一反射镜反射的所述第一瑞利散射信号和所述第一拉曼散射信号的光路依次设置，其中，

所述第一光束质量优化模块，用于将所述激光器发射的所述第一高斯光束进行空间滤波、光谱滤波和扩束得到第一优化光束；

所述第一环形狭缝光产生模块，用于将所述第一优化光束转换成第一环形狭缝光束；