便携式拉曼光谱仪的制作方法

本发明涉及拉曼光谱检测领域，尤其涉及一种改进的便携式拉曼光谱仪。

背景技术：

拉曼光谱是一种分子振动光谱，它可以反映分子的指纹特征，可用于对物质的检测。拉曼光谱仪通过检测待测物对于激发光的拉曼散射效应所产生的拉曼光谱来检测和识别物质。拉曼光谱仪已经广泛应用于液体安检、珠宝检测、爆炸物检测、毒品检测、药品检测等领域。

现有的拉曼光谱仪主要包括激光器、外光路系统、光谱仪三大部分，激光器发出的激发光经过外光路照射到被测样品，在被测样品上产生拉曼散射光，该拉曼散射光又经过外光路系统传输到光谱仪，进行分光后将光信号转化为电信号。此外，如图1所示，现有的拉曼光谱仪还包括控制系统，所述控制系统分别与激光器和光谱仪相连，从而对激光器和光谱仪进行调节，控制系统还与显示器、电池以及报警系统相连，显示器用于进行人机交互，电池用于为光谱仪提供电力，报警系统用于在光谱仪发生异常时发出警报。

现有的拉曼光谱仪存在这样的不便之处：激光器与外光路系统之间、外光路系统与光谱仪之间均采用传统光路元件实现光束的传输，而光路元件受到位置、尺寸等多个方面的限制，从而造成现有的拉曼光谱装置整体尺寸较大，其检测方式、仪器安装等不适合现场使用，难以满足业界的便携式检查的需求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种便携式拉曼光谱仪，其部件设置灵活，能够满足便携化、实施快速测量的需求。

本发明的实施例提供了一种便携式拉曼光谱仪，包括：

激光器，所述激光器用于发出激发光；

光谱仪，所述光谱仪用于接收拉曼散射光，进行分光后将光信号转化为电信号；

探头，所述探头用于将激发光照射至样品，同时收集样品上的拉曼散射光；

光纤系统，所述光纤系统连接于激光器和探头之间以及探头和光谱仪之间以便传输光。

在一实施例中，所述光纤系统包括激光器和探头之间的导入光纤以及探头和光谱仪之间的收集光纤。

在一实施例中，所述光纤系统包括光纤环形器，所述光纤环形器具有三个端口，所述三个端口分别通过一条光纤与激光器、探头和光谱仪相连。

在一实施例中，所述光纤环形器的一个端口通过多条光纤分别与多个光谱仪相连。

在一实施例中，所述光纤系统包括分束器，所述分束器一方面与光纤环形器一个端口相连，另一方面通过多条光纤分别与多个探头相连。

在一实施例中，所述探头中包括单向反射镜，所述单向反射镜用于将探头内的光路设置成激发光的光路与拉曼散射光的光路相互垂直。

在一实施例中，所述探头将光路设置成偏心光路，其中激发光路的光轴偏离收集光路的光轴。

在一实施例中，所述探头包括陷波滤光器或二向色镜，所述陷波滤光器或二向色镜用于将瑞利散射光能量滤除。

在一实施例中，所述光纤是单股光纤，或是多股光纤。

在一实施例中，所述多股光纤中的光纤排列为单线条形排列或者交替条形排列。

根据本发明的便携式拉曼光谱仪简化了常规拉曼光谱仪的光学系统，使得拉曼光谱仪的部件的设置更加灵活，同时减小了整体尺寸，满足尺寸小型化以及测量实时快速的需求。

附图说明

图1示出现有的拉曼光谱仪的结构示意图；

图2示出根据本发明的第一实施例的便携式拉曼光谱仪的结构示意图；

图3示出根据本发明的第二实施例的便携式拉曼光谱仪的结构示意图；

图4示出根据本发明的第二实施例的一个变型的便携式拉曼光谱仪的结构示意图；

图5示出根据本发明的第二实施例的另一个变型的便携式拉曼光谱仪的结构示意图；

图6示出根据本发明的第三实施例的便携式拉曼光谱仪的结构示意图；

图7示出根据本发明的第四实施例的便携式拉曼光谱仪的结构示意图；

图8示出根据本发明的便携式拉曼光谱仪的装有陷波滤光器的探头的结构示意图；以及

图9示出根据本发明的便携式拉曼光谱仪的光纤排列示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号表示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

根据本发明的总体构思，提供一种便携式拉曼光谱仪，包括：激光器，所述激光器用于发出激发光；光谱仪，所述光谱仪用于接收拉曼散射光，分光后将光信号转化为电信号；探头，所述探头用于将激发光照射至样品，同时收集样品上的拉曼散射光；光纤系统，所述光纤系统连接于激光器和探头之间以及探头和光谱仪之间以便传输光。

另外，在下面的详细描述中,为便于解释,阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或更多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。

图2示意性地示出根据本发明的第一实施例的便携式拉曼光谱仪的结构，便携式拉曼光谱仪包括：激光器，所述激光器用于发出激发光；激光器通过导入光纤与探头相连，所述导入光纤将激光器发射的激发光传输到探头，所述探头用于将激发光照射至样品，同时收集样品上的拉曼散射光。探头与导入光纤的另一端相连以接收来自激光器的激发光。所述探头的光路设置为：通过导入光纤传输的激光器产生的激发光按顺序透过透镜1、窄带滤光片，经过反射镜和二向色镜反射，然后穿过透镜3后照射到被测物体上。被测物体被激发光照射后产生拉曼散射，拉曼散射光按顺序透过透镜3、二向色镜，长通滤波片，然后由透镜2聚焦。探头通过收集光纤与光谱仪相连，被透镜2聚焦的拉曼散射光通过收集光纤被传输至光谱仪。光谱仪将接收的拉曼散射光分光后将光信号转化为电信号。其中，导入光纤和收集光纤形成光纤系统。

图3示出根据本发明的第二实施例的便携式拉曼光谱仪的结构示意图。第二实施例的便携式拉曼光谱仪与第一实施例的便携式拉曼光谱仪的结构基本相同，不同之处在于光纤系统。在第一实施例中，激发光与收集的散射光分别由不同的光纤传输。而在本实施例中，向探头输入的激发光与从探头收集并输出的散射光采用同一条光纤传输。

具体地，第二实施例中的光纤系统还包括光纤环形器，该光纤环形器具有三个端口，分别通过一条光纤与激光器、探头和光谱仪相连。这样，由激光器发射的激发光通过一条光纤进入光纤环形器的端口A，由光纤环形器传输后再由端口B传出，通过连接于端口B和探头之间的光纤将激发光传输至探头，探头感测的样品上的拉曼散射光同样由连接于端口B和探头之间的光纤传输返回至光纤环形器中，由光纤环形器传输后再由端口C传出，通过连接于端口C和光谱仪之间的光纤将拉曼散射光传输至光谱仪中进行检测。

图4示出根据本发明的第二实施例的一个变型的便携式拉曼光谱仪的结构示意图。第二实施例的一个变型的便携式拉曼光谱仪与第二实施例的便携式拉曼光谱仪的结构基本相同，不同之处在于光纤系统以及光谱仪的数量。在第二实施例中，光纤环形器的端口C通过一条光纤与一个光谱仪相连。而在第二实施例的变型中，光纤环形器的端口C上连接有多条光纤，该多条光纤分别与多个光谱仪1、2、3相连。这样，使用者可以根据需要而设置不同性能参数的光谱仪，从而适应不同情况下的检查。图中示出端口C连接有三个光谱仪，但是这只是示例性的，端口C可以根据需求而连接任意数量的相同或不同的光谱仪。

图5示出根据本发明的第二实施例的另一个变型的便携式拉曼光谱仪的结构示意图。第二实施例的另一变型的便携式拉曼光谱仪与第二实施例的便携式拉曼光谱仪的结构基本相同，不同之处在于光纤系统以及探头的数量。

在第二实施例中，光纤环形器的端口B通过一条光纤与一个探头相连。而在第二实施例的另一变型中，光纤系统还包括分束器，该分束器一方面通过一条光纤与端口B相连，另一方面连接有多条光纤，每条光纤与一个探头相连。所述多个探头可设置在被测样品的不同部位，或者设置在不同的被测样品上，这样可以同时采集多个采集点处的拉曼散射光，这些不同的采集点处的拉曼散射光可以同时被传输至光谱仪中进行检测，因此可以同时获得被测样品的不同部位或不同的被测样品的检测值，这样可以提高工作效率。

图6示出根据本发明的第三实施例的便携式拉曼光谱仪的结构示意图。第三实施例的便携式拉曼光谱仪与第一实施例的便携式拉曼光谱仪的结构基本相同，不同之处在于探头内的光路设置。

具体地，在窄带滤光片后方设置有单向反射镜，激光器产生的激发光经过导入光纤传输后按顺序透过透镜1、窄带滤光片，以及单向反射镜，然后照射到被测物体上。被测物体被激发光照射后产生拉曼散射，拉曼散射光被单向反射镜反射，然后再透过长通滤波片，由透镜3聚焦后进入与光谱仪相连的光纤中，其中，单向反射镜将拉曼散射光路垂直反射，使得激发光路与拉曼散射光路相互垂直，相应地，长通滤波片，聚焦透镜2被设置在垂直的拉曼散射光光路上。这样可以省去二向色镜，同时光谱仪的安装位置可以更加灵活。

图7示出根据本发明的第四实施例的便携式拉曼光谱仪的结构示意图。第四实施例的便携式拉曼光谱仪与第一实施例的便携式拉曼光谱仪的结构基本相同，不同之处在于探头内的光路设置，图7中的光路是偏心光路，其中激发光路的光轴偏离收集光路的光轴。

具体地，激光器发出的激发光经过导入光纤，进入透镜1形成平行光，然后穿过窄带滤波片，通过透镜3的聚焦，照射到样品上。之后，产生的拉曼散射光仍由透镜3收集，经过长通滤波片和透镜2后，再通过光纤传输到光谱仪以便进行检测。这种光路设置省去了反射镜，使得探头内的光路更短，同时，对于带包装的样品，激发光照射到包装的位置不在收集光路中，这样可以消除包装对于检测的干扰。

图8示出根据本发明的便携式拉曼光谱仪的装有陷波滤光器的探头的结构示意图。如图所示，在探头的光路中，具体在收集光路中设置了陷波滤光器。陷波滤光器用于将以激光波长为中心的几个纳米的波长范围内的瑞利散射光能量滤除，让该波长范围之外的光信号顺利通过。这样，仅使用小型激光器和小型光谱仪就可完成检测。从而使得整个系统更加紧凑。

图9示出根据本发明的便携式拉曼光谱仪的光纤排列示意图。本发明的光谱仪所使用的光纤可以是单股光纤，也可以是多股光纤。常规多股光纤的排放方式大致为圆形。通常情况下，多股光纤排放所形成的圆形具有比光谱仪中入射狭缝的宽度更大的直径，这导致被传输的拉曼散射光中的很大一部分不能进入光谱仪中，从而造成散射光的浪费。如图所示，在本发明中，多个光纤可以排列为条形，具体可以排列为图9中右上方的单线条形排列，或者排列为图9中右下方的交替条形排列。

其中，本发明的光谱仪的光纤系统可以使用多种类型的光纤，其中一种为空心光子晶体光纤，该空心光子晶体光纤由石英棒和石英毛细管排列构成，光纤的包层区域由周期排列的平行于光纤轴向的微空气组成。这种光纤的纤芯中有空气孔，纤芯为空芯，包层折射率大于纤芯折射率。这种光纤具有可填充性、低损耗等优点，使得光宇填充介质作用强度增强，同时利用这种结构对光进行约束，可以使得光损耗明显降低。

根据本发明，通过将光纤引入拉曼光谱仪中，简化了传统拉曼光谱仪中的光学系统，由于光纤的长度可根据实际情况进行选择，使得激光器、探头等部件的位置设置更加灵活，装置的整体尺寸更小，能够满足尺寸小型化、检测实时快速的需求。

虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。

虽然本发明总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。