基于道威棱镜的90度拉曼信号收集平面光路系统

1.本发明涉及气、液体的拉曼检测领域，尤其涉及基于道威棱镜的90度拉曼信号收集平面光路系统。


背景技术：

2.拉曼光谱技术是研究分子结构的方法之一，可以获得物质的各种分子信息，该方法在物质的定性、定量鉴定等方面有着明显的优势，应用十分广泛。除了对固体样品的检测外，同样适用于气、液样品的测试。
3.拉曼光谱仪系统的信号收集主要分180度和90度两种收集方式，180度的方式较适用于微区不透光样品信号的收集光路，常用于显微共聚焦拉曼。90度的方式适用于宏观样品的信号收集光路，特别是对于透明液体或气体样品。因其可以收集较长激光穿透距离的信号，因而有较高的检测灵敏度。然而实现这种激光穿透长距离的信号收集在光路上要求激光的穿透方向与光谱仪的狭缝相平行，而对于光谱仪的分光光路，狭缝的方向需要与光栅的入射面垂直，因此拉曼信号的激发和收集光路与光谱仪的分光光路分别处于两个相互垂直的平面内，整个光路系统形成两个正交平面的空间结构，从而不利于仪器结构的小型化，也对仪器的稳定性带来不利的影响。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供基于道威棱镜的90度拉曼信号收集平面光路系统，通过在光散射成像光路中引入能旋转图像的道威棱镜，实现从垂直方向上收集更多的拉曼散射光，适用于高检测灵敏度小型化便携式拉曼光谱仪的设计。
5.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.基于道威棱镜的90度拉曼信号收集平面光路系统，包括呈90度设置的激发光路和光散射成像光路，所述激发光路上依次设有激光器、激光聚焦透镜和样品池，所述光散射成像光路上依次设有消色差准直透镜、边缘或陷波滤光片、道威棱镜、消色差聚焦透镜、光谱仪狭缝和光谱仪；其中，光路所有光学元件处于同一个平面内，激光器发射出准直光束，光束经过激光聚焦透镜汇聚后，从样品池的一侧聚焦于样品上；消色差准直透镜放样品池另一侧与激光入射方向成90度收集散射信号光；边缘或陷波滤光片滤除其中的激光瑞利线，拉曼散射信号光被引入到道威棱镜中；再经消色差聚焦透镜聚焦后呈条状图像，通过调节道威棱镜使得图像与光谱仪狭缝平行重合进入光谱仪。
7.所述道威棱镜使图像绕光轴旋转90度，在一个二维平面光路中实现拉曼散射信号光图像与光谱仪狭缝的重合。
8.所述道威棱镜按旋转45度角放置并且允许微调以实现散射信号光图像与光谱仪狭缝平行重合。
9.所述样品池至少有两个相互垂直的光学窗口侧面，激光从一个侧面入射，在另一个90度侧面收集拉曼散射信号光。
10.相对于现有技术，本发明技术方案取得的有益效果是：
11.1、本发明通过在散射光收集成像光路中引入能旋转图像的道威棱镜，实现散射信号光的条形图像与光谱仪狭缝的平行重合调节，从而在一个二维平面的光路系统中可获得光通过量极高的90度拉曼散射信号光的收集。
12.2、相较于其他90度收集拉曼散射光的光路系统，本发明的光路简单，结构紧凑且稳定，光信号损失小，光路中的光学元件均保持在同一个二维水平面上，纵向上缩小系统所占空间，该光路在小型化便携式拉曼光谱仪中有很好的应用前景。
13.3、本发明可广泛应用于气、液体的拉曼检测中，激光从样品池一侧入射，从样品池垂直的另一侧收集拉曼散射光，且散射光条形图像与光谱仪狭缝重合，增加激光激发样品的光程，更多的样品分子被激光激发，有效地扩大样品分子的总散射截面，由此获得更多的拉曼散射光信号。
附图说明
14.图1为本发明的结构示意图。
15.附图标记：激光器1，激光聚焦透镜2，样品池3，消色差准直透镜4，边缘或陷波滤光片5，道威棱镜6，消色差聚焦透镜7，光谱仪狭缝8，光谱仪9。
具体实施方式
16.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明做进一步详细说明。
17.如图1所示，本实施例包括激发光路和光散射成像光路，激发光路与光散射成像光路成90度，光路所有光学元件处于同一个平面内，具体地，包括以下部件：
18.一台激光器1，可以输出激发样品拉曼信号的光源；
19.一个样品池3，其至少有两个相互垂直的侧面均能透光；
20.一个激光聚焦透镜2，将激光聚焦到样品池3中；
21.一个消色差准直透镜4，收集从样品池3侧面透出的拉曼信号光，并形成准直光束；
22.一个边缘或陷波滤光片5，将激光瑞利线滤除；
23.一个道威棱镜6，放在信号光准直光束中，绕光轴旋转45度放置，使信号光图像旋转90度；
24.一个消色差聚焦透镜7，用于聚焦信号光并引入到光谱仪狭缝8中；
25.一台光谱仪9，将信号光分光记录，转换成电子数字信号得出拉曼光谱图。
26.本实施例中，道威棱镜6按旋转45度角放置并且允许微调来实现散射信号光图像与光谱仪狭缝8平行重合；样品池3至少有两个相互垂直的光学窗口侧面，激光从一个侧面入射，在另一个90度侧面收集拉曼散射信号光。
27.本发明的工作原理如下：
28.激光器1发射出的准直光束经过激光聚焦透镜2聚焦到样品池3中，样品被激发出拉曼散射光；消色差准直透镜4从样品池3另一侧与激光入射方向成90度收集并准直散射光，边缘或陷波滤光片5滤除散射信号光中的激光瑞利线后，拉曼信号光准直光束被引入到道威棱镜6中。由于道威棱镜6绕着光轴旋转45度，在消色差聚焦透镜7焦平面上的信号光条
型图像则绕光轴旋转90度，由水平转为竖直与光谱仪狭缝8平行重合，光谱仪9对信号光进行分光光电信号转换并输出光谱谱图。
29.本发明在光散射成像光路中引入能旋转图像的道威棱镜，实现光路保持在同一个二维水平面上时，散射光的条型图像与狭缝重合，由此光谱仪获得更多拉曼散射光信号同时极大地缩小系统所占空间，更适用于小型化便携式拉曼光谱仪对信号光通量高的需求。