本发明涉及激光探测领域，特别涉及一种光纤共焦动态拉曼光谱探测装置及探测方法。
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拉曼散射效应对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到被测物质分子振动、转动方面信息，并应用于物质机构及物质属性研究的一种分析方法。但是，传统的拉曼光谱探测装置多是采用连续激光对被测物质的稳态光谱进行探测，其不具备时间分辨能力；而对于一些拉曼光谱的应用场景，被测物质的一些属性（包括不限于被测物质的温度、外在压力、分子结构、晶体结构、相变点）会随时间变化，或者被测物质的一些属性与时间结合更加具有意义，而我们希望能探测获得被测物质目标属性随时间的变化趋势，比如被测物质的温度、受到的外在压力、分子结构、晶体结构、相变点任意时刻的值等，而传统的只能获取被测物质稳态光谱的拉曼光谱探测装置显然不能满足这一需求。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中传统拉曼光谱探测装置仅能获取不具备时间分辨能力的被测物质的稳态光谱的问题，提供一种具备时间分辨能力的拉曼光谱探测装置。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种光纤共焦动态拉曼光谱探测装置，包括，
激光器，用于发射指定波长的探测激光；
光谱收集装置，用于探测自被测物质反射回的拉曼信号光；
同步控制装置，用于接收来自激发源的触发信号，并同步触发所述激光器及光谱收集装置；
光纤跨界器件，分别与激光器、被测物质端及光谱收集装置通过第一光纤、第二光纤及第三光纤连接；用于接收自激光器发射的探测激光，并将该探测激光反射至被测物质；同时，还用于将自被测物质反射回的拉曼信号光耦合至所述光谱收集装置。
进一步的，所述光纤跨接器件包括二向色镜及第一透镜、第二透镜及第三透镜；所述第一透镜用于将第一光纤中的激光准直至所述二向色镜，所述第二透镜用于将所述二向色镜反射的激光耦合入第二光纤；所述第三透镜用于将所述二向色镜透射的拉曼信号光耦合入第三光纤。
进一步的，所述第三光纤靠近被测物质的端头还依次平行设置有第四透镜及第五透镜；
所述第四透镜用于将第三光纤射出的探测激光准直，所述第五透镜用于将探测激光聚焦至被测物质；
所述第五透镜还用于将自被测物质反射回的拉曼信号光准直，所述第四透镜还用于将自第五透镜准直的拉曼信号光耦合入第三光纤。
进一步的，所述第三光纤中的拉曼信号光经过准直、分光、聚焦后耦合至所述光谱收集装置。
进一步的，所述同步控制装置为延时发生器；。
优选的，所述光谱收集装置为增强电荷耦合器件ICCD（增强电荷耦合器件）探测阵列。
本发明同时提供具备时间分辨能力的拉曼光谱探测方法，具体的，采用脉冲触发方式，同步触发激光器发射探测激光、激发源以及光谱收集装置接收拉曼信号光；所述激发源可以是激发光源，也可以是冲击加载源（如气炮），也可以是超声波加载源（如超声换能器）。
优选的，由激发源向同步控制装置发出触发信号，所述同步触发装置同步控制所述激光器及所述光谱收集装置的开启。
优选的，所述同步触发装置为延时发生器，所述延时发生器根据激发源发出的触发信号调节所述激光器及所述光谱收集装置的开启时间，以使得所述光谱收集装置获得与时间相关的拉曼信号光。
优选的，所述光谱收集装置为增强电荷耦合器件ICCD（增强电荷耦合器件）探测阵列。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明提供的光纤共焦动态拉曼光谱探测装置及方法采用脉冲激光代替传统拉曼探测装置中的连续激光作为产生拉曼信号的光源，将激光器和光谱收集装置的触发时间进行同步，通过调节这个触发时间和对被测物质进行激发的激发源的触发时间之间的延迟时间来实现时间分辨能力；同时，所述探测装置通过使用一个光纤跨接器件将与激光器连接的第一光纤、与被测物质端连接的第二光纤以及与光谱收集装置连接拉曼信号收集端的第三光纤耦合在一起，连接完成了探测激光激发光路及拉曼光信号收集光路。
附图说明：
图1为本发明提供的光纤共焦动态拉曼光谱探测装置示意图。
图中标记：10-激光器，20-同步控制装置，30-光谱收集装置，31-准直镜，32-光栅，33-聚焦镜，40-光纤跨接器，50-被测物质，60-激发源，70-电源，81-第一透镜，82-第二透镜，83-第三透镜，84-第四透镜，85-第五透镜，85-第六透镜，91-第一光纤，92-第二光纤，93-第三光纤。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1：如图1所示，本实施例提供一种光纤共焦动态拉曼光谱探测装置，包括，
激光器10，用于发射指定波长的探测激光；
光谱收集装置30，用于接收自被测物质50反射回的拉曼信号光；具体的，ICCD探测阵列可为优选的光谱收集装置；
同步控制装置20，用于接收来自激发源60的触发信号，并同步触发所述激光器10及光谱收集装置30；
光纤跨界器件，分别与激光器10、被测物质50及光谱收集装置30通过第一光纤91、第二光纤92及第三光纤93连接；用于接收自激光器10发射的探测激光，并将该探测激光反射至被测物质50；同时，还用于将自被测物质50反射回的拉曼信号光耦合至所述光谱收集装置30。
本实施例中，所述光纤跨接器40件包括二向色镜及第一透镜81、第二透镜82及第三透镜83；所述第一透镜81用于将第一光纤91中的激光准直至所述二向色镜，所述第二透镜82用于将所述二向色镜反射的激光耦合入第二光纤92；所述第三透镜83用于将所述二向色镜透射的拉曼信号光耦合入第三光纤93。
所述第三光纤93靠近被测物质50的端头还依次平行设置有第四透镜84及第五透镜85；所述第四透镜84用于将第三光纤93射出的探测激光准直，所述第五透镜85用于将探测激光聚焦至被测物质50；所述第五透镜85还用于将自被测物质50反射回的拉曼信号光准直，所述第四透镜84还用于将自第五透镜85准直的拉曼信号光耦合入第三光纤93。
具体的，如图1所示，可使用包含ICCD探测阵列的光谱仪作为拉曼信号光的接收器件，该光谱仪中包括准直镜31、光栅32及聚焦镜33，分别用于将第三光纤93中的拉曼信号光经过准直、分光滤光、聚焦后耦合至ICCD探测阵列。
同时，本实施例中，所述同步控制装置20为延时发生器，具体的采用延时发生器DG535；
使用时，将激发源60发射的TTL触发信号与DG535的trigger接线端相连接，同时，DG535中的信号输出端分别同ICCD探测阵列的外触发端以及激光器10的开关连接，通过DG535内部逻辑电路调节激光器10发射探测激光和ICCD探测阵列探测的时序，从而实现对拉曼信号进行具有时间分辨功能的探测。本实施例的一种具体应用示例中，电源70为激光器10供电，收到触发信号的激光器10发射532nm的倍频探测激光，该探测激光通过第六透镜86耦合入第一光纤91，随后该探测激光经第一透镜81、二向色镜及第二透镜82后耦合入第二光纤92，再分别经第四透镜84准直、第五透镜85聚焦后照射至被测物质50样本，同时，受到激发源60激发的被测物质50样本会反射回拉曼信号光，该拉曼信号光经第五透镜85准直后，经第四透镜84耦合入第二光纤92，经第二透镜82、二向色镜及第三透镜83后耦合入第三光纤93，该拉曼信号光从第三光纤93传至光谱仪，经光谱仪准直、分光滤光、聚焦后耦合至其中的ICCD探测阵列。本实施例提供的探测装置的时间分辨率可达10 ns~1 s；光谱分辨率可达~0.5 cm-1~5 cm-1（具体根据所选光栅32和光谱仪焦距而定）；空间分辨率可达~100 μm~1mm；时间探测范围可达10 ns~∞；光谱探测范围可达500 cm-1~1000 cm-1。
本实施例提供的探测装置的外部光路都是通过光纤（第一光纤91、第二光纤92、第三光纤93）完成的，这大大提升了装置的便携性和对探测环境的适应性，使得此装置可同气炮、电炮或火炮配合可在环境相对恶劣的厂房、野外进行实验。此外，光纤结构也降低的实验门槛，使得一些不具有光学实验经验的人员也可轻松完成实验。
实施例2：本发明同时提供具备时间分辨能力的拉曼光谱探测方法，具体的，采用脉冲触发方式，同步触发激光器10发射探测激光、激发源60发射激发光源以及光谱收集装置30接收拉曼信号光；所述激发源60可能是激发光源，也可以是冲击加载源（如气炮），也可以是超声波加载源（如超声换能器）。。
优选的，由激发源60向同步控制装置20发出触发信号，所述同步触发装置同步控制所述激光器10及所述光谱收集装置30的开启。
优选的，所述同步触发装置为延时发生器，所述延时发生器根据激发源60发出的触发信号调节所述激光器10及所述光谱收集装置30的开启时间，以使得所述光谱收集装置30获得与时间相关的拉曼信号光。
具体的，ICCD探测阵列可为优选的光谱收集装置。