多功能显微共焦光谱仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及显微光谱仪技术领域，具体涉及具有低成本优势且便于扩展的一种多功能显微共焦光谱仪。
【背景技术】
[0002]现有的显微共焦光谱仪集成了激光器、显微镜、共焦针孔、光栅和探测器，如图1所示。在这些商业化的拉曼光谱仪中，光栅和探测器已与显微共焦光路集成在一起而无法分离，使得功能不便扩展。并且，整套系统的集成使得光谱仪的使用成本非常高，例如市场上普通型的商业化显微共焦光谱仪的价格非常昂贵。
[0003]此外，对于显微共焦光谱仪而言，如何使得激光斑点与共焦孔在样品上的像点一致，是能够测到光谱和提高光谱仪信噪比的关键。同时，显微物镜的光学通孔非常小，如果使得激光能准直地入射到样品也是非常重要的问题。随着光谱仪系统集成度越来越高，光谱仪的自动化程度也逐渐提高，以至于不同激光器的切换，光学滤光片的选取，探测器出口的配置等都完全自动化。自动化的提高使得使用者操作非常方便，但关键光学元件的全自动化对仪器在长时间工作状态下的稳定性提出了很高要求。但在测试过程中，不可避免要更换激光器，因此就要更换相应的光学滤光片，如果把可见光激光器更换成紫外激光器，除了光学滤光片外，还要更换相应的紫外物镜。另外，在测试过程中，还可能需要更换不同倍数和工作距离的显微物镜。更换如上光谱仪的任何元件，采用全自动光谱仪都很难对激光进行共焦准直调节。因此，作为一个多功能谱仪来说，在更换很多光学元件情况下如何实现快速光路准直，是全自动谱仪很难实现的，还需要根据实际情况，合理设计光路，通过手动设置来达到目的。
[0004]现有的显微共焦光谱仪普遍缺乏两个以上(含两个)的探测器出口，使得在测试不同测试范围的光谱信号时，不得不需要两台以上的光谱仪。
[0005]综上，有必要提供一种成本低、操作简便以及光路布置合理的多功能显微共焦光谱仪。
【发明内容】
[0006]本发明的主要目的在于提供一种成本低、操作简便以及光路布置合理的多功能显微共焦光谱仪。
[0007]为达到上述目的，本发明提供了一种多功能显微共焦光谱仪，该多功能显微共焦光谱仪包括:一光学平台；以及设置于该光学平台上的第二激光器模块、光路耦合与输出主模块、第一激光器模块、照明观测模块、显微模块、第一信号检测模块、第二信号检测模块和第三信号检测模块;其中，该光路耦合与输出主模块以及照明观测模块具有一共同基座，第一激光器模块固定在该基座后侧面，显微模块固定在该基座前侧面，第一信号检测模块固定在该基座右侧面，第二和第三信号检测模块固定在该基座后侧面。
[0008]上述方案中，该第二激光器模块包括至少两个激光器LS3和LS4，相应的反射镜ML3和ML4，以及第三提升器SM3;
[0009]该光路耦合与输出主模块包括光学滤光片0?1\至少8个反射镜肌、12、13、14、15、M45、M6及M7，至少三个聚焦透镜LNSl、LNS2及LNS3，以及至少三个输出窗Wl、W2及W3;该显微模块包括显微物镜OBJ和相应的调焦装置;该第一信号检测模块包括光栅光谱仪GSPY及其控制系统;该第二信号检测模块包括单道探测器SD及其控制系统;该第三信号检测模块包括连接光纤FBR，光纤光谱仪GXPY及其控制系统;光纤光谱仪GXPY置于光学平台上；该第一激光器模块包括至少两个激光器LSl和LS2，以及相应的第一提升器SMl和第二提升器SM2;其中，该第一激光器模块固定在该光路耦合与输出主模块基座的后侧面，并通过其中的第一提升器SMl和第二提升器SM2将第一激光器模块输出的激光提升到光路耦合与输出主模块中的内部光路;该第二激光器模块固定在该光路耦合与输出主模块基座的左侧面，并通过其中的反射镜ML3和ML4以及第三提升器SM3将第二激光器模块输出的激光提升到光路耦合与输出主模块中的内部光路;通过设置该光路耦合与输出主模块中的内部光路来选择激光器LS1、LS2、LS3和LS4中的一个作为激发光源，并将激发光向显微模块输出以对样品进行照射，进而允许样品反射光和照射后的散射信号光回射于其中，进而利用可更换的光学滤光片OFT来获得纯净的散射信号光;进而进一步将获得的散射信号光通过光路输送给第一窗Wl、第二窗W2和/或第三窗W3;从第一窗Wl、第二窗W2和/或第三窗W3输出的散射信号光输入到相应的三个信号检测模块中进行共焦信号检测。
[0010]上述方案中，该第一激光器模块中的两个激光器LSl和LS2的波长与该第二激光器模块中的两个激光器LS3和LS4的波长均不相同。
[0011]上述方案中，激光器LSl出射的激光先经第一提升器SMl进行提升并进入光路耦合与输出主模块，提升后的激光入射到反射镜Ml上，经由反射镜Ml再反射到反射镜M2上，经由反射镜M2反射的激光入射到光学滤光片OFT上;激光器LS2出射的激光先经第二提升器SM2进行提升并进入光路耦合与输出主模块，提升后的激光入射到反射镜M3上，经由反射镜M3再反射到反射镜M4上，随后依次经由反射镜M4、反射镜Ml、反射镜M2反射，经由反射镜M2反射的激光入射到光学滤光片OFT上;激光器LS3发出的激光先由反射镜ML3反射，随后经提升器SM3将激光提升并耦合进入光路耦合与输出主模块，随后依次经由反射镜M5、M1、M2进行反射，经由反射镜M2反射后的激光入射到光学滤光片OFT上;激光器LS4发出的激光先由反射镜ML4反射，随后经提升器SM3将激光提升并耦合进入光路耦合与输出主模块，随后依次经由反射镜M5、M1、M2进行反射，经由反射镜M2反射后的激光入射到光学滤光片OFT上;光学滤光片OFT将激光反射到45度倾斜放置的反射镜M45，激光被反射镜M45反射后竖直向下传播，进入显微模块的显微物镜OBJ，经显微物镜OBJ聚焦照射到样品SMP上；同时，显微物镜OBJ收集来自样品的竖直向上的激光反射光和散射信号光经反射镜M45反射后水平入射到光学滤光片OFT;光学滤光片OFT将激光反射光滤除并衰减到只有原来的1/106至1/1012，而使得绝大部分的散射信号光透过光学滤光片OFT供后续的信号检测模块检测；反射镜M6将透过该光学滤光片OFT的散射信号光反射后穿过小孔HL，照射到汇聚透镜LNSl上，经由汇聚透镜LNSl汇聚的散射信号光穿过第一输出窗W1，并聚焦到第一信号检测模块的狭缝SLT上；其中，小孔HL固定在一隔板上且其大小可调，该隔板把光路耦合与输出主模块分隔为左右两室以隔离激光杂散光;透过光学滤光片OFT的散射信号光经透镜LNS2汇聚后穿过第二输出窗W2，并聚焦到第二信号检测模块的单道探测器SD中心，进而由单道探测器SD所检测;反射镜M7将被反射镜M6反射然后穿过小孔HL的散射信号光反射到汇聚透镜LNS3上，经汇聚透镜LNS3汇聚的散射信号光穿过第三输出窗W3，并聚焦到第三信号检测模块的连接光纤FBR入口后，由连接光纤FBR将散射信号光传输到光纤光谱仪GXPY进行检测。
[0012]上述方案中，提升器SMl、SM2和SM3中所包含的各反射镜的角度，以及反射镜ML3、ML4、M1、M2、M4、M45、M5、M6和M7的角度均二维可调，且其调节架分别放置在具有两个固定位置的其各自对应的滑轨上;根据各个反射镜位于其对应滑轨的两个固定位置的不同，来选择不同的激光、散射信号光和/或输出窗。
[0013]上述方案中，汇聚透镜LNSl、LNS2和LNS3分别放置于三维平移调节架上，通过调节三维平移调节架的三个平移轴，不仅可在二维竖直方向上调节三个汇聚透镜的位置，还可在光轴方向调节三个汇聚透镜的位置，使得散射信号光可以分别精确入射并聚焦到到三个信号检测模块的信号输入口中心。
[OOM]上述方案中，该光学滤光片OFT为陷波拉曼滤光片、边带拉曼滤光片、高通滤光片或低通滤光片。
[0015]上述方案中，反射镜M2放置于竖直二维角度调节架上，而该竖直二维角度调节架又放置于二维平移台上；调节二维平移台可使激光入射到反射镜上的不同位置，而竖直二维角度调节架用来调节反射镜方向使其将激光反射到光学滤光片OFT的中心；二维平移台和竖直二维角度调节架的组合使用，能够精确地调节激光入射到光学滤光片OFT中心的角度;光学滤光片OFT固定在一个竖直二维角度调节架上;竖直二维角度调节架可插拔地置于一个固定在光学平台上的支柱上；当更换不同波长激光时，将固定有相应光学滤光片OFT的竖直二维角度调节架更换到该支柱上；调节竖直二维角度调节架的螺纹，即可使激光入射到显微模块的显微镜物镜OBJ;通过该竖直二维角度调节架与