一种微腔拉曼增强传感器和拉曼光谱检测设备

本发明涉及拉曼传感器，尤其涉及一种微腔拉曼增强传感器和拉曼光谱检测设备。

背景技术：

1、拉曼散射是一种伴随着能量损失或获得的非弹性散射，是光子与分子发生碰撞的结果。基于分子键间振动频率的独一性，探测拉曼散射光即可分析得待测物的化学结构与分子组成。由此衍生出的拉曼光谱技术一直以来被广泛应用于农业、生物、化学、地质、食品安全、色度计算、环境检测、医药卫生、led检测、半导体工业、石油化工等领域。无论样品是固体、液体、气体、胶体、软膏或粉末，拉曼光谱都可以用来快速表征其化学成分和结构。但拉曼散射效应是一个非常弱的效应，其散射光强度为入射光强度的10-9～10-6，极大地限制了拉曼作为分子检测手段的应用于发展。

2、因此，增强拉曼信号一直以来是研究的热点，其中最引人注目的是表面增强拉曼散射(surface-enhanced raman scatting，sers)的研究，该技术能通过用材料表面特殊处理的方式将分析物的信号放大百万倍以上，具有高灵敏度、高指纹识别性、高分辨率及无损、快速等诸多优点。但由于多数制备拉曼增强基底的过程中会用到金属纳米粒子，纳米粒子又有极易团聚的性质，而纳米颗粒团聚度的难控制性决定了实验的重复度低，进而导致检测结果的一致性差，且待测样品附着在金属纳米粒子上，不易清洗，因而产品化较困难。

技术实现思路

1、本发明提供了一种微腔拉曼增强传感器和拉曼光谱检测设备，以实现检测设备的产品化生产。

2、根据本发明的一方面，提供了一种微腔拉曼增强传感器，包括：

3、底座、拉锥光纤、光学谐振器和样品承载组件；

4、所述底座具有背对设置的第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽用于容纳所述光学谐振器，所述第二凹槽用于容纳所述样品承载组件；

5、所述样品承载组件包括超透薄膜，所述超透薄膜远离所述底座的一侧用于承载待测样品；所述第一凹槽和所述第二凹槽共用槽底，并且所述槽底具有第一镂空部；

6、所述底座背离所述第二凹槽的一侧，还设置有第三凹槽，所述第三凹槽与所述第一凹槽十字交叉设置，所述第三凹槽用于容纳所述拉锥光纤；

7、所述拉锥光纤位于所述光学谐振器远离所述样品承载组件的一侧，所述拉锥光纤包括第一端口、第二端口和锥区，所述锥区与所述光学谐振器相对应设置，所述第一端口用于输入泵浦光信号，所述光学谐振器用于基于所述泵浦光信号激发拉曼光信号，所述第二端口用于输出拉曼光和泵浦光的混合信号。

8、可选地，所述样品承载组件还包括第一背板；

9、所述第一背板设置有所述第二镂空部，所述超透薄膜用于覆盖所述第二镂空部，所述第二镂空部与所述第一镂空部对应设置。

10、可选地，所述样品承载组件还包括与所述第一背板形状相同的第二背板；

11、所述第一背板和所述第二背板用于夹持固定所述超透薄膜，所述超透薄膜覆盖所述第二镂空部。

12、可选地，所述第一背板和所述第二背板之间通过磁吸力吸附。

13、可选地，所述样品承载组件和所述底座之间通过磁吸力吸附。

14、可选地，所述超透薄膜光透过率大于90％，且孔径小于待测样品的分子直径。

15、可选地，所述微腔拉曼增强传感器还包括：盖板，所述盖板位于所述拉锥光纤远离所述光学谐振器的一侧，用于封装所述底座。

16、可选地，所述盖板设置有与所述第三凹槽适配的凸台；所述第三凹槽和所述凸台适配后，形成容纳所述拉锥光纤的腔体。

17、可选地，所述光学谐振器包括回音壁模式谐振腔，并以斯托克斯腔模式激发。

18、根据本发明的另一方面，提供了一种拉曼光谱检测设备，包括本发明任一实施例的微腔拉曼增强传感器；还包括：可调谐激光光源、隔离器、分束器、光谱仪、光电探测器和控制器；

19、所述第一端口与所述可调谐激光光源连接，所述第二端口与所述隔离器的一端连接，所述隔离器的另一端与所述分束器的一端连接，所述分束器的第一分端口与所述光谱仪连接，所述分束器的第二分端口与所述光电探测器连接；所述控制器分别与所述光电探测器和所述可调谐激光光源电连接；

20、所述可调谐激光光源用于产生所述泵浦光信号，所述光谱仪用于分析所述混合信号，所述光电探测器用于采集所述混合信号，所述控制器用于基于所述混合信号调整所述可调谐激光光源的波长。

21、根据本发明实施例提供的微腔拉曼增强传感器和拉曼光谱检测设备，微腔拉曼增强传感器包括：底座、拉锥光纤、光学谐振器和样品承载组件；底座具有背对设置的第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽用于容纳光学谐振器，第二凹槽用于容纳样品承载组件；样品承载组件包括超透薄膜，超透薄膜远离底座的一侧用于承载待测样品，第一凹槽和第二凹槽共用槽底，并且槽底具有第一镂空部；底座背离第二凹槽的一侧，还设置有第三凹槽，第三凹槽与第一凹槽十字交叉设置，第三凹槽用于容纳拉锥光纤；拉锥光纤位于光学谐振器远离样品承载组件的一侧，拉锥光纤包括第一端口、第二端口和锥区，锥区与光学谐振器相对应设置，第一端口用于输入泵浦光信号，光学谐振器用于基于泵浦光信号激发拉曼光信号，第二端口用于输出拉曼光和泵浦光的混合信号，以实现检测设备的产品化，并且成本低，重复使用率高，节省资源。

22、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

技术特征：

1.一种微腔拉曼增强传感器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的微腔拉曼增强传感器，其特征在于，所述样品承载组件还包括第一背板；

3.根据权利要求2所述的微腔拉曼增强传感器，其特征在于，所述样品承载组件还包括与所述第一背板形状相同的第二背板；

4.根据权利要求3所述的微腔拉曼增强传感器，其特征在于，所述第一背板和所述第二背板之间通过磁吸力吸附。

5.根据权利要求2或3所述的微腔拉曼增强传感器，其特征在于，所述样品承载组件和所述底座之间通过磁吸力吸附。

6.根据权利要求2所述的微腔拉曼增强传感器，其特征在于，所述超透薄膜光透过率大于90％，且孔径小于待测样品的分子直径。

7.根据权利要求1所述的微腔拉曼增强传感器，其特征在于，还包括：盖板，所述盖板位于所述拉锥光纤远离所述光学谐振器的一侧，用于封装所述底座。

8.根据权利要求7所述的微腔拉曼增强传感器，其特征在于，所述盖板设置有与所述第三凹槽适配的凸台；所述第三凹槽和所述凸台适配后，形成容纳所述拉锥光纤的腔体。

9.根据权利要求1所述的微腔拉曼增强传感器，其特征在于，所述光学谐振器包括回音壁模式谐振腔，并以斯托克斯腔模式激发。

10.一种拉曼光谱检测设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的微腔拉曼增强传感器，还包括：可调谐激光光源、隔离器、分束器、光谱仪、光电探测器和控制器；

技术总结
本发明公开了一种微腔拉曼增强传感器和拉曼光谱检测设备，微腔拉曼增强传感器包括：底座、拉锥光纤、光学谐振器和样品承载组件；底座具有背对设置的容纳光学谐振器第一凹槽和容纳样品承载组件第二凹槽，样品承载组件包括超透薄膜，其远离底座的一侧用于承载待测样品，第一凹槽和第二凹槽共用具有第一镂空部槽底；底座背离第二凹槽的一侧，还设置有容纳拉锥光纤的第三凹槽，第三凹槽与第一凹槽十字交叉设置；拉锥光纤位于光学谐振器远离样品承载组件的一侧，拉锥光纤的锥区与光学谐振器相对应设置，第一端口用于输入泵浦光信号，第二端口用于输出拉曼光和泵浦光的混合信号，实现检测设备的产品化，环境适应性强，成本低，重复使用率高，节省资源。

技术研发人员：肖云峰,张方醒,季胜强,旷燎沙,孙伽略,柏雁捷,皇甫胜男
受保护的技术使用者：北京大学长三角光电科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15