CN112414992A - 拉曼光谱激发增强模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及拉曼光谱激发增强模块，属于光谱仪领域。本发明特征在于：激光器出射激光依次经第一反射镜、第二反射镜反射后，由第一透镜汇聚后经第三反射镜反射，依次穿过第一凹面反射镜的小孔和第一窗口片后聚焦于检测点的一个焦点，后由第二凹面反射镜反射后聚焦于检测点的另一个焦点。这样，激光在第一凹面反射镜和第二凹面反射镜之间多次反射，每次反射均聚焦于检测点处的两个焦点。由第一窗口片、第二窗口片、第三窗口片、第四窗口片围成的腔室内部为待测液体或气体。这样，两个焦点处激光激发样品产生的拉曼信号可以获得50‑100倍增强，两个焦点处的拉曼信号由第二透镜收集后，由滤光片滤除激光的瑞利散射，拉曼光信号汇聚于光谱仪入口狭缝。
Description
技术领域
本发明涉及光谱分析仪器，特别涉及拉曼光谱激发增强模块。
背景技术
拉曼光谱(Raman spectra)，是一种散射光谱。拉曼光谱分析法是基于印度科学家C.V.拉曼 (Raman)所发现的拉曼散射效应，对与入射光波长不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息，并应用于分子结构研究的一种分析方法。随着激光技术的发展，拉曼光谱技术越来越多地被用来检测各种物质。由于不同的分子具有特定的的振动和转动能级，当某一波长的激光与某一物质分子发生散射时，一部分激光光子与物质分子发生能量交换。发生能量交换后，激光光子波长改变。由于不同的振动和转动能级与激光光子波长改变一一对应，因而通过分析散射后激光光谱便可以确定分子的振动或转动能级差，并根据这些能级差分析出发生散射的分子是那种物质。正如通过指纹可以确定指纹的主人，通过拉曼光谱便可以确定分子的种类。同时，通过拉曼光谱的强度可以确定该分子的浓度。近年来，随着激光器、探测器、滤光片等光学器件的日趋成熟，拉曼光谱仪在国内外得到飞速发展。
然而，拉曼光谱技术大多只局限于高纯度固体和液体检测。对于气体和低浓度液体检测，由于拉曼光信号较弱，一般难以检测到有效信号。因而对于气体和低浓度液体的拉曼检测，需要增强拉曼信号，常用的增强方式包括：表面增强芯片；液体中的纳米金银颗粒增强；内壁镀银的中空光纤等。但现有的增强方式缺点在于会产生荧光淹没拉曼信号、增强信号重复性差、价格昂贵、使用寿命短等。
发明内容
本发明是针对目前已有的拉曼光谱增强方式会产生荧光淹没拉曼信号、增强信号重复性差、价格昂贵、使用寿命短等问题，提出了一种拉曼光谱激发增强模块，能够用于液体、气体检测。
本发明的技术方案为：拉曼光谱激发增强模块，主要由两片反射镜构成，激发光在两片反射镜之间多次反射，在两片反射镜中心位置汇聚为两个焦点，拉曼信号在焦点处获得50-100倍增强。
拉曼光谱激发增强模块核心装置包括：激光器、第一反射镜、第二反射镜、第一透镜、第三反射镜、第一凹面反射镜、小孔、第二凹面反射镜、检测点、腔室、第一窗口片、第二窗口片、第三窗口片、第四窗口片、第二透镜、滤光片、光谱仪。激光器出射激光依次经第一反射镜、第二反射镜反射后，由第一透镜汇聚后经第三反射镜反射，依次穿过第一凹面反射镜的小孔和第一窗口片后聚焦于检测点的一个焦点，后由第二凹面反射镜反射后聚焦于检测点的另一个焦点。这样，激光在第一凹面反射镜和第二凹面反射镜之间多次反射，每次反射均聚焦于检测点处的两个焦点。由第一窗口片、第二窗口片、第三窗口片、第四窗口片围成的腔室内部为待测液体或气体。这样，两个焦点处激光激发样品产生的拉曼信号可以获得50-100倍增强，两个焦点处的拉曼信号由第二透镜收集后，由滤光片滤除激光的瑞利散射，拉曼光信号汇聚于光谱仪入口狭缝。
本发明的有益效果在于：
1.激光在第一凹面反射镜和第二凹面反射镜之间多次反射，每次反射均聚焦于检测点处的两个焦点，两个焦点处激光激发样品产生的拉曼信号可以获得50-100倍增强；
2.在信号增强的同时不会产生额外的荧光，避免了拉曼信号受到干扰；
3.该方案适用于拉曼光谱技术分析各种气体和液体的超低浓度；
4.该方案还可以用于各种液体和气体样品的激光光谱增强。
附图说明
图1为本发明的拉曼光谱激发增强模块第一种实施方式的装置结构示意图；
图2为本发明的拉曼光谱激发增强模块第二种实施方式的装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
拉曼光谱分析模块第一种实施方式，装置如图1所示：激光器1、第一反射镜2、第二反射镜3、第一透镜4、第三反射镜5、第一凹面反射镜6、小孔7、第二凹面反射镜8、检测点9、腔室10、第一窗口片11、第二窗口片12、第三窗口片13、第四窗口片14、第二透镜15、滤光片16、光谱仪17。激光器输出波长可以为266nm、405nm、532nm、785nm、808nm、1064nm等。激光器的出射激光依次经第一反射镜2、第二反射镜3反射后，由第一透镜4汇聚后经第三反射镜5反射，依次穿过第一凹面反射镜6的小孔7和第一窗口片11后聚焦于检测点9的一个焦点，后由第二凹面反射镜8反射后聚焦于检测点9的另一个焦点。第一反射镜2、第二反射镜3、第三反射镜5均固定于二维镜架用于微调角度。这样，激光在第一凹面反射镜6和第二凹面反射镜8之间多次反射，每次反射均聚焦于检测点9处的两个焦点。针对不同的激光激发波长，第一窗口片11、第二窗口片12、第三窗口片13、第四窗口片14两面均镀有对该激发波长的增透反射膜，透射率99.5％以上。由第一窗口片11、第二窗口片12、第三窗口片13、第四窗口片14围成的腔室10内部为待测液体或气体。这样，两个焦点处激光激发样品产生的拉曼信号可以获得50-100倍增强，两个焦点处的拉曼信号由第二透镜15收集后，由滤光片16滤除激光的瑞利散射，拉曼光信号汇聚于光谱仪17入口狭缝。滤光片为一片或多片，之间有2-3°夹角。
拉曼光谱分析模块第一种实施方式，装置如图2所示：为达到信号光整形和使结构紧凑的目的，在滤光片16和光谱仪17之间采用光纤束18连接。光纤束18由一根或多根光纤组成，其数值孔径需匹配光谱仪数值孔径，与光谱仪连接端面为一排光纤，在第二透镜15聚焦位置光纤端面为一排或多拍排光纤。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.拉曼光谱激发增强模块，装置包括：激光器、第一反射镜、第二反射镜、第一透镜、第三反射镜、第一凹面反射镜、小孔、第二凹面反射镜、检测点、腔室、第一窗口片、第二窗口片、第三窗口片、第四窗口片、第二透镜、滤光片、光谱仪；其特征在于：激光依次经第一反射镜、第二反射镜反射后，由第一透镜汇聚后经第三反射镜反射，依次穿过第一凹面反射镜的小孔和第一窗口片后聚焦于检测点的一个焦点，后由第二凹面反射镜反射后聚焦于检测点的另一个焦点，激光在第一凹面反射镜和第二凹面反射镜之间多次反射，每次反射均聚焦于检测点处的两个焦点，由第一窗口片、第二窗口片、第三窗口片、第四窗口片围成的腔室内部为待测液体或气体，两个焦点处的拉曼信号由第二透镜收集后，由滤光片滤除激光的瑞利散射，拉曼光信号汇聚于光谱仪入口狭缝。
2.根据权利要求1所述的拉曼光谱激发增强模块，其特征在于：第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜均固定于可以微调角度的二维镜架。
3.根据权利要求1所述的拉曼光谱激发增强模块，其特征在于：第一透镜可以延光轴前后移动。
4.根据权利要求1所述的拉曼光谱激发增强模块，其特征在于：第一窗口片、第二窗口片、第三窗口片、第四窗口片两面均镀有对应激光波长的增透反射膜，透射率99％以上。
5.根据权利要求1所述的拉曼光谱激发增强模块，其特征在于：第一凹面反射镜边缘位置有1-3mm直径的小孔，激光从中穿过。
6.根据权利要求1所述的拉曼光谱激发增强模块，其特征在于：为达到便于加工的目的，第一凹面反射镜替换为无孔凹面反射镜，激光从无孔凹面反射镜边沿穿过。
7.根据权利要求1所述的拉曼光谱激发增强模块，其特征在于：为达到拉曼信号光整形和减小尺寸的目的，在滤光片和光谱仪之间采用光纤束连接。
8.根据权利要求7所述的拉曼光谱激发增强模块，其特征在于：光纤束由1-100根光纤组成，其数值孔径匹配光谱仪数值孔径，与光谱仪连接端面为一排光纤，在第二透镜聚焦位置光纤端面为1-5排光纤。
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113078546A (zh) * | 2021-04-20 | 2021-07-06 | 苏州灵析精密仪器有限公司 | 非线性光锁定聚焦模块 |
| CN113218930A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-08-06 | 中国船舶重工集团公司第七一八研究所 | 一种拉曼光谱增强装置及气体分析系统 |
| CN114264642A (zh) * | 2021-11-23 | 2022-04-01 | 中国船舶重工集团公司第七一八研究所 | 一种多次反射与加压方式的气体拉曼信号增强装置及方法 |
| CN114544589A (zh) * | 2022-02-22 | 2022-05-27 | 重庆大学 | 一种用于气体拉曼信号增强的光束共心密集多反腔 |
| CN115656139A (zh) * | 2022-10-31 | 2023-01-31 | 西安交通大学 | 基于拉曼光谱的超临界水蒸煤反应中主要组分的在线定量测量系统 |
| CN116359202A (zh) * | 2023-04-28 | 2023-06-30 | 中国工程物理研究院化工材料研究所 | 一种激光拉曼气体检测仪及其检测方法 |
| CN116990281A (zh) * | 2023-09-27 | 2023-11-03 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种高收集效率的腔增强拉曼检测装置 |
| CN118758920A (zh) * | 2024-09-06 | 2024-10-11 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种长光程与高汇聚激发的拉曼光谱气体检测装置 |
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Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113218930A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-08-06 | 中国船舶重工集团公司第七一八研究所 | 一种拉曼光谱增强装置及气体分析系统 |
| CN113218930B (zh) * | 2021-03-31 | 2022-07-29 | 中国船舶重工集团公司第七一八研究所 | 一种拉曼光谱增强装置及气体分析系统 |
| CN113078546A (zh) * | 2021-04-20 | 2021-07-06 | 苏州灵析精密仪器有限公司 | 非线性光锁定聚焦模块 |
| CN114264642A (zh) * | 2021-11-23 | 2022-04-01 | 中国船舶重工集团公司第七一八研究所 | 一种多次反射与加压方式的气体拉曼信号增强装置及方法 |
| CN114544589A (zh) * | 2022-02-22 | 2022-05-27 | 重庆大学 | 一种用于气体拉曼信号增强的光束共心密集多反腔 |
| CN114544589B (zh) * | 2022-02-22 | 2024-12-06 | 重庆大学 | 一种用于气体拉曼信号增强的光束共心密集多反腔 |
| CN115656139A (zh) * | 2022-10-31 | 2023-01-31 | 西安交通大学 | 基于拉曼光谱的超临界水蒸煤反应中主要组分的在线定量测量系统 |
| CN116359202A (zh) * | 2023-04-28 | 2023-06-30 | 中国工程物理研究院化工材料研究所 | 一种激光拉曼气体检测仪及其检测方法 |
| CN116990281A (zh) * | 2023-09-27 | 2023-11-03 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种高收集效率的腔增强拉曼检测装置 |
| CN116990281B (zh) * | 2023-09-27 | 2024-04-26 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种高收集效率的腔增强拉曼检测装置 |
| CN118758920A (zh) * | 2024-09-06 | 2024-10-11 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种长光程与高汇聚激发的拉曼光谱气体检测装置 |
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