一种紫外拉曼光谱仪的制作方法

本发明涉及光谱分析技术领域，尤其涉及一种紫外拉曼光谱仪。

背景技术：

拉曼光谱是一种无损伤、高灵敏度的测量技术，在物理、化学、生物学、矿物学、材料学、考古学和工业产品质量控制等各个领域中有着广泛地应用，是研究分子结构和组态、物质成分鉴定、结构分析的有力工具。

可见光激发的拉曼研究和应用已经相当普遍，但是，可见光激发的拉曼存在明显的不足：小的散射截面与荧光的干扰，另外，一些颜色较深的样品对可见光的吸收很强，因此，用可见光作为激发光源，有时很难得到拉曼光谱。而紫外拉曼能比较好的克服上述缺点，因此受到人们的广泛关注，近年来发展迅速。然而，在紫外拉曼光谱仪的光路结构中，中继透镜所收集的光斑很大，而狭缝很小，例如，聚焦点处光斑的直径为1mm左右，狭缝宽度为25μm，若直接把一根直径为1mm的光纤连接在狭缝上，95％的拉曼光将被阻挡，通光效率极低。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对已有的技术现状，提供一种紫外拉曼光谱仪，将光纤束一端设计为圆状，另一端设计为线状，形成点转线光纤束，使光纤束两端分别与中继透镜的焦点和狭缝匹配，从而减少拉曼光的损失，提高中继透镜的聚焦点与狭缝之间的光传输效率。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种紫外拉曼光谱仪，包括光源、外光路、色散系统和接收系统，所述光源为紫外激光器，所述外光路包括直透镜、第一滤光片、第一反射镜、分束器、物镜、第二滤光片和中继透镜，按照紫外激光的走向，其光路结构组成及空间定位的先后顺序如下：紫外激光器→直透镜→第一滤光片→第一反射镜→分束器→物镜→样品，紫外激光照射样品后产生拉曼光，按照拉曼光的走向，其光路结构组成及空间定位的先后顺序如下：样品→物镜→分束器→第二滤光片→中继透镜，所述色散系统包括狭缝、光栅、第二发射镜和第三反射镜，所述中继透镜的聚焦点与狭缝之间通过光纤束进行光传输，按照拉曼光的走向，其光路结构组成及空间定位的先后顺序如下：中继透镜→光纤束→狭缝→第二发射镜→光栅→第三反射镜，所述光纤束由若干光纤组成，光纤束位于中继透镜的聚焦点处的一端排列为圆状，光纤束位于狭缝处的一端排列为线状，所述接收系统为线阵探测器或面阵探测器，线阵探测器或面阵探测器用于接收第三反射镜聚焦的拉曼光。

上述技术方案，所述光纤束两端均设有调整机构，调整机构用于调整光纤束的位置，使其与中继透镜的焦点或狭缝的对准。

进一步的，所述调整机构包括八个锁紧件，八个锁紧件均分为四组，四组锁紧件分别设置于光纤束前后左右四个侧面。

进一步的，所述调整机构包括主调整体和副调整体，主调整体为内部中空的球面体，副调整体为内部中空的柱体，副调整体下端面与主调整体球面的形状契合，副调整体设置在主调整体表面上，副调整体上带有锁紧件，锁紧件用于固定副调整体在主调整体表面上的位置，光纤束穿过主调整体和副调整体内部中空区域并固定在副调整体中。

作为优选的，所述紫外激光器发射出的紫外激光的波长为20-380nm。

作为优选的，所述第一滤光片为单片窄通滤光片。

作为优选的，所述第二滤光片为双片长通滤光片，双片长通滤光片非平行设置。

作为优选的，所述第一反射镜通过旋转支架安装，旋转支架用于调节第一反射镜的角度，进而调节紫外激光的反射角度。

本发明的有益效果为：

1、其优点在于，将光纤束一端设计为圆状，另一端设计为线状，形成点转线光纤束，使光纤束两端分别与中继透镜的焦点和狭缝匹配，从而减少拉曼光的损失，提高中继透镜的聚焦点与狭缝之间的光传输效率；

2、通过调整机构能够精准调节光纤束两端的位置，使其分别对准中继透镜的焦点和狭缝，使用方便；

3、通过旋转支架调节紫外激光的反射角度后，可以将较大的紫外激光器纵向放置，而非横向放置，缩小其占用体积，此外，与通过分束片调节的方式相比，通过反射镜调节的方式的漏光风险更低。

附图说明

附图1为本发明紫外拉曼光谱仪的光路结构图；

附图2为本发明光纤束通过锁紧件进行调节的示意图；

附图3为本发明光纤束通过主调整体和副调整体进行调节的示意图。

标注说明：1、紫外激光器，2、直透镜，3、第一滤光片，4、第一反射镜，5、分束器，6、物镜，7、第二滤光片，8、中继透镜，9、光纤束，10、狭缝，11、第二反射镜，12、光栅，13、第三反射镜，14、线阵探测器或面阵探测器，15、锁紧件，16、副调整体，17、主调整体。

具体实施方式

请参阅图1所示，一种紫外拉曼光谱仪，包括光源、外光路、色散系统和接收系统，所述光源为紫外激光器1，紫外激光器1发射出的紫外激光的波长为20-380nm。

所述外光路包括直透镜2、第一滤光片3、第一反射镜4、分束器5、物镜6、第二滤光片7和中继透镜8，第一滤光片3为单片窄通滤光片，第二滤光片7为双片长通滤光片，双片长通滤光片非平行设置。按照紫外激光的走向，其光路结构组成及空间定位的先后顺序如下：紫外激光器1→直透镜2→第一滤光片3→第一反射镜4→分束器5→物镜6→样品，紫外激光照射样品后产生拉曼光，按照拉曼光的走向，其光路结构组成及空间定位的先后顺序如下：样品→物镜6→分束器5→第二滤光片7→中继透镜8。

所述色散系统包括狭缝10、光栅12、第二发射镜11和第三反射镜13，第二反射镜11和第三反射镜13为球面或非球面，所述中继透镜8的聚焦点与狭缝10之间通过光纤束9进行光传输。按照拉曼光的走向，其光路结构组成及空间定位的先后顺序如下：中继透镜8→光纤束9→狭缝10→第二发射镜11→光栅12→第三反射镜13。

所述光纤束9由若干光纤组成，光纤束9位于中继透镜8的聚焦点处的一端排列为圆状，光纤束9位于狭缝10处的一端排列为线状。例如，聚焦点处光斑的直径为1mm左右，狭缝10宽度为25μm，将若干芯径为25μm的光纤制成一端排列为圆状，直径为1mm，另一端排列为线状，宽度为25μm的光纤束9，光纤束9圆状端可以接收中继透镜8聚焦的全部拉曼光，光纤束9的线状端与狭缝10刚好匹配，如此一来，拉曼光将完全通过狭缝10，其损失量微乎其微。

所述接收系统为线阵探测器或面阵探测器14，线阵探测器或面阵探测器14用于接收第三反射镜13聚焦的拉曼光。

所述第一反射镜4通过旋转支架安装，旋转支架用于调节第一反射镜4的角度，进而调节紫外激光的反射角度。通过旋转支架调节紫外激光的反射角度后，可以将较大的紫外激光器1纵向放置，而非横向放置，缩小其占用体积，此外，与通过分束片调节的方式相比，通过反射镜调节4的方式的漏光风险更低。

具体的，紫外拉曼光谱仪工作过程如下：紫外激光器1发射出的紫外激光经直透镜2准直成平行光，经第一滤光片3滤去中心波长以外的光后射到第一反射镜4上，第一反射镜4反射的紫外激光射到分束器5上(又叫二向色镜)，分束器5把紫外激光反射到物镜6上，物镜6将其汇聚到样品上，由样品产生的拉曼光和被反射的紫外激光又被物镜6收集成平行光射到分束器5上，分束器5反射紫外激光并透过拉曼光，拉曼光和部分紫外激光经第二滤光片7过滤后只剩下拉曼光，剩下的拉曼光被中继透镜8聚焦后，由光纤束9传输至狭缝10中，从狭缝10中发出的光经第二反射镜11准直成平行光射到光栅12上，色散后取+1级或-1级射到第三反射镜13上，然后聚焦到线阵探测器或面阵探测器12上，得到拉曼光谱图，进而分析样品物质种类。

上述技术方案，所述光纤束9两端均设有调整机构，调整机构用于调整光纤束9的位置，使其与中继透镜8的焦点或狭缝10的对准。

请参阅图2所示，其中一个实施例中，所述调整机构包括八个锁紧件15，八个锁紧件15均分为四组，四组锁紧件15分别设置于光纤束9前后左右四个侧面。相对于光传输方向，调节四组锁紧件15的松紧量，可以控制光纤束9在上下左右四个方向的偏移量，使其对准中继透镜8的焦点或狭缝10。

请参阅图3所示，其中一个实施例中，所述调整机构包括主调整体17和副调整体16，主调整体17为内部中空的球面体，副调整体16为内部中空的柱体，副调整体16下端面与主调整体17球面的形状契合，副调整体16设置在主调整体17表面上，副调整体16可以在主调整体17表面上任意移动，副调整体16上带有锁紧件15，锁紧件15用于固定副调整体16在主调整体17表面上的位置，光纤束9穿过主调整体17和副调整体16内部中空区域并固定在副调整体16中，光纤束9胶接在副调整体16中或通过锁紧件15固定在副调整体16中。相对于光传输方向，调节副调整体16在在主调整体17表面的相对位置，可以控制光纤束9在上下左右四个方向的偏移量，使其对准中继透镜8的焦点或狭缝10。

具体的，在实际选用时，锁紧件15选用螺钉。

当然，以上仅为本发明较佳实施方式，并非以此限定本发明的使用范围，故，凡是在本发明原理上做等效改变均应包含在本发明的保护范围内。