[发明专利]一种水下拉曼探头及水下探测系统

说明书

本发明公开一种水下拉曼探头及水下探测系统，该水下拉曼探头包括沿激光出射方向依次设置的拉曼探针、反射镜、分光棱镜、显微物镜和窗片；以及自分光棱镜沿成像回路依次设置的管透镜和显微成像相机；分光棱镜用于将拉曼光路和成像光路耦合，形成共轴光路结构；成像光路与光谱采集光路共用显微物镜分别作为成像物镜和光聚焦镜。该探测系统包括水下拉曼探头、定位机构和控制机构。本发明将拉曼光谱与显微成像相结合构成水下拉曼探头，并利用定位机构驱动水下拉曼探头在较大范围内进行高精度移动，以应对水下地形的起伏，提高成像的清晰度和探测的准确性。

技术领域

本发明涉及水下探测技术领域，特别是涉及一种基于显微图像辅助的水下拉曼探头及水下探测系统。

背景技术

海洋环境是复杂和动态的，多生物、化学和物理过程是相互耦合、相互影响的，在实验室进行这些研究是困难的，因为无法完全模拟出这种复杂的自然系统。而在自然条件下开展原位研究也面临着一系列的挑战，复杂多变的外部环境对于观测设备的稳定性和鲁棒性提出了严苛的要求，同时为了避免外部干扰因素对于探测结果的影响，研究结论的得出往往需要多种不同传感器数据进行相互佐证。在过去的几十年中研究人员针对不同的水下探测目标开发了各种水下探测设备，但这些设备通常只针对目标物进行单一参数的探测，无法对目标物特征进行完整的描述。激光拉曼光谱在许多方面都非常适合水下原位探测，它具有分子探测能力，受海水影响小等优点，最重要的是其无损探测的特征可以使其对探测目标的影响最小化。迄今为止，海洋研究者已经建立了多种海洋拉曼系统，并用于进行各种原位测量。现有的水下拉曼系统主要是面向水下目标的成分探测，其探测结果只能反映目标物的成分信息，无法描述目标物的形貌特征，且由于拉曼散射较弱，在复杂的混合物探测中会丢失大量的有用信息。因此本领域亟需一种能够更清晰和准确探测水下物体的技术方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种水下拉曼探头及水下探测系统，将拉曼光谱与显微成像相结合构成水下拉曼探头，并利用定位机构驱动水下拉曼探头在较大范围内进行高精度移动，以应对水下环境复杂和水下地形的起伏，提高成像的清晰度和探测的准确性。

为实现上述目的，本发明提供了一种水下拉曼探头，包括沿激光出射方向依次设置的拉曼探针、反射镜、分光棱镜、显微物镜和窗片；以及自所述分光棱镜沿成像回路依次设置的管透镜和显微成像相机；

所述拉曼探针接收激光并并整形为准直激光，所述准直激光经所述反射镜反射至所述分光棱镜进行分光，一部分所述准直激光经所述显微物镜和所述窗片传输至目标物，构成拉曼光路；目标物产生的返回拉曼信号依次经所述窗片、所述显微物镜和所述分光棱镜后，一部分所述返回拉曼信号经所述反射镜传输至所述拉曼探针，由所述拉曼探针收集所述返回拉曼信号，并回传至光谱仪进行探测，构成光谱采集光路；

所述显微成像相机、所述管透镜和所述显微物镜构成成像光路，所述管透镜与所述显微物镜配合，将目标物成像在所述显微成像相机上；

所述分光棱镜用于将所述拉曼光路和所述成像光路耦合，形成共轴光路结构；所述成像光路与所述光谱采集光路共用所述显微物镜分别作为成像物镜和光聚焦镜。

可选的，在所述分光棱镜与所述管透镜之间还包括陷波滤光片，所述陷波滤光片用于滤除激光的瑞利散射光。

可选的，还包括探头舱体，所述拉曼探针、反射镜、分光棱镜、显微物镜、窗片、管透镜和显微成像相机均设于所述探头舱体内，所述探头舱体设有线缆口和透光口，所述线缆口内穿设有光电复合缆，所述光电复合缆中包括与所述拉曼探针连接的光纤和与所述显微成像相机连接的成像传输线；所述透光口设置所述窗片。

可选的，还包括照明光源，所述照明光源设于所述窗片与目标物之间，所述照明光源用于将光源光束汇聚点与像平面重合来提供照明。