基于端面耦合的空间拉曼光谱仪的制作方法

本发明涉及拉曼光谱探测领域，特别是涉及一种基于端面耦合的空间拉曼光谱仪。

背景技术：

1、拉曼散射是一种非弹性散射，它是由光照射在物质上时，光子由于物质分子的振动而受到相互作用，产生与激发光本身频率不同的散射，因此不同分子，甚至不同化学键之间都有着不同的拉曼峰位，且拉曼光谱具有非破坏性、非侵入性、不用进行样品加工，信息丰富、分析效率高等特点，因此已被广泛应用于生物、化学、医疗、食品安全、航天航空、环境保护等领域。

2、然而，拉曼散射本身的发光强度非常弱，常规拉曼信号的强度只有入射光强度的10-6～10-12，要探测拉曼信号十分困难，因此如何使仪器尽可能多地接收拉曼信号，始终是拉曼光谱检测仪器的一项设计重点。目前成熟的拉曼光谱仪设计，受限于器件结构所允许的最大光通量限制，难以在保持高光谱分辨率的前提下接收到足够多的信号，这就对后续的拉曼信号提取在数据处理和拟合算法方面提出了更高的要求。另外，现有的空间拉曼光谱仪是通过一次性对拉曼光信号进行全波段采集，对于每一频率点来说，由于对应收集的能量较小，所以需要较多的测量时间，拉长测量周期，再者，实际中有时只需要对拉曼光信号光谱中的一部分光谱进行分析，而采用现有的空间拉曼光谱仪获得的是拉曼光信号的全波段光谱，这将造成数据冗余。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于端面耦合的空间拉曼光谱仪，用于解决现有技术中的空间拉曼光谱仪光收集效率较低及一次性对全波段拉曼光信号进行采集造成测量周期长等的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于端面耦合的空间拉曼光谱仪，所述空间拉曼光谱仪沿光路方向依次包括：复合抛物面聚光镜、聚焦透镜、单模光纤及图像传感器芯片；

3、所述复合抛物面聚光镜及所述聚焦透镜设置于所述单模光纤的端面，将所述复合抛物面聚光镜采集的拉曼信号光经所述聚焦透镜聚焦至所述单模光纤中；

4、所述单模光纤上的一段区域形成有布拉格光栅结构，且该区域的所述单模光纤与继电器相连，所述继电器与电压源相连，通过改变所述电压源向所述继电器提供的电压以对相应区域的所述单模光纤进行拉伸或压缩，通过所述单模光纤的拉伸或压缩调节所述布拉格光栅结构的周期；所述布拉格光栅结构对所述拉曼信号光中预设波长的光进行反射；

5、所述图像传感器芯片设置于所述单模光纤的后方，以接收所述单模光纤传输的剩余的所述拉曼信号光。

6、可选地，所述布拉格光栅结构通过对所述单模光纤进行紫外光照射形成。

7、可选地，所述布拉格光栅结构的反射带宽小于0.5nm。

8、可选地，所述复合抛物面聚光镜与所述聚焦透镜之间设置有滤光片，以滤除前置系统中引入的激发光。

9、可选地，所述单模光纤与所述图像传感器芯片之间设置有准直透镜。

10、进一步地，所述准直透镜与所述图像传感器芯片之间设置有滤光片，以滤除前置系统中引入的激发光。

11、进一步地，所述单模光纤设置于所述准直透镜的焦点处。

12、可选地，所述单模光纤设置于所述聚焦透镜的焦点处。

13、可选地，所述图像传感器芯片为ccd芯片、cmos图像传感器芯片、pd阵列、spad阵列、pmt阵列及sipm阵列中的一个。

14、如上所述，本发明的基于端面耦合的空间拉曼光谱仪，通过使用所述复合抛物面聚光镜结合聚焦透镜将拉曼信号光聚焦至单模光纤中，有效提高了光的收集效率；另外，应用布拉格光栅结构的反射原理得到多个数据集合，最后再进行翻转处理，相当于图像传感器芯片整片单次采集的光对应的是光谱中的单一频率点，大大提高了信噪比；最后，通过调节继电器的电压来调节布拉格光栅结构的周期，实现对特定波长的选择，因此可以对布拉格光栅结构调节进行编程，从而根据实际需要选择性地采集光谱数据，而不需要采集全波段拉曼光信号光谱，减少数据冗余，同时缩短测量时间，提高测量效率。

技术特征：

1.一种基于端面耦合的空间拉曼光谱仪，其特征在于，所述空间拉曼光谱仪沿光路方向依次包括：复合抛物面聚光镜、聚焦透镜、单模光纤及图像传感器芯片；

2.根据权利要求1所述的基于端面耦合的空间拉曼光谱仪，其特征在于：所述布拉格光栅结构通过对所述单模光纤进行紫外光照射形成。

3.根据权利要求1所述的基于端面耦合的空间拉曼光谱仪，其特征在于：所述布拉格光栅结构的反射带宽小于0.5nm。

4.根据权利要求1所述的基于端面耦合的空间拉曼光谱仪，其特征在于：所述复合抛物面聚光镜与所述聚焦透镜之间设置有滤光片，以滤除前置系统中引入的激发光。

5.根据权利要求1所述的基于端面耦合的空间拉曼光谱仪，其特征在于：所述单模光纤与所述图像传感器芯片之间设置有准直透镜。

6.根据权利要求5所述的基于端面耦合的空间拉曼光谱仪，其特征在于：所述准直透镜与所述图像传感器芯片之间设置有滤光片，以滤除前置系统中引入的激发光。

7.根据权利要求5所述的基于端面耦合的空间拉曼光谱仪，其特征在于：所述单模光纤设置于所述准直透镜的焦点处。

8.根据权利要求1或7所述的基于端面耦合的空间拉曼光谱仪，其特征在于：所述单模光纤设置于所述聚焦透镜的焦点处。

9.根据权利要求1所述的基于端面耦合的空间拉曼光谱仪，其特征在于：所述图像传感器芯片为ccd芯片、cmos图像传感器芯片、pd阵列、spad阵列、pmt阵列及sipm阵列中的一个。

技术总结
本发明提供一种基于端面耦合的空间拉曼光谱仪，沿光路方向依次包括：复合抛物面聚光镜、聚焦透镜、单模光纤及图像传感器芯片；单模光纤上的一段区域形成有布拉格光栅结构，且该区域的单模光纤与继电器及电压源相连，通过改变电压源向继电器提供的电压以对相应区域的单模光纤进行拉伸或压缩。通过使用复合抛物面聚光镜结合聚焦透镜将拉曼信号光聚焦至单模光纤中，有效提高光的收集效率；另外，图像传感器芯片单次采集的光对应的是光谱中的单一频率点，大大提高信噪比；最后，可以对布拉格光栅结构调节进行编程，根据实际需要选择性地采集光谱数据，而不需要采集全波段拉曼光信号光谱，减少数据冗余，同时缩短测量时间，提高测量效率。

技术研发人员：张哲炜,陈昌
受保护的技术使用者：上海近观科技有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13