[发明专利]基于多波长同时激发的拉曼信号检测与提取系统

说明书

技术领域

本发明属于拉曼光谱检测技术领域，特别涉及一种基于多波长同时激发的拉曼信号检测与提取系统。

背景技术

拉曼光谱是一种分子振动和转动光谱，激发光子与分子通过相互作用产生表征分子振动或转动能级差的特征频移，由此可判断出分子中所含有的化学键或官能团，从而得到分子结构或成分的信息，每种物质都有对应的“指纹”拉曼光谱，因而拉曼光谱在光谱学大家族中占着重要地位。目前，拉曼光谱已经广泛应用于化学、生物医学、材料、环保、安检和考古等领域。随着激光技术和信号检测技术的发展，拉曼光谱技术在当代工农业生产和科学研究中必将得到越来越广泛的应用。但在检测过程中,样品含有杂质或荧光吸收物质时会产生荧光干扰,且当激发光子提供了足够的能量以致产生荧光时,拉曼信号将变模糊甚至被掩盖，一般情况下，荧光的强度是拉曼散射光的10⁶-10⁸倍。另外，CCD等光电探测器本身的随机噪声和暗电流也会对一些相对弱的拉曼峰的识别产生严重的干扰。这些问题都极大地制约了拉曼光谱技术在实际中的应用。

为了扣除荧光背景、滤除噪声，从而准确地提取出拉曼信号，一种称之为移频激发法(SERDS)的技术被提了出来，其是基于拉曼光谱与荧光光谱对激发光波长的依赖程度不同而提出的。在一定的范围内，荧光光谱几乎不会随着激发波长的变化而变化，相反拉曼光谱却会紧密跟随激发波长的变化而发生移动。若采用两个波长相近的激光分别激发样品，得到两组散射谱，再利用差分方法，得到两个散射谱的差值谱，则在该差值谱中荧光的光谱信号几乎被完全消除，而拉曼信号却能够保留下来。移频激发法多使用两个或者三个不同波长的激光器，采用逐次激发样品的方式得到不同的散射谱，然后在后期处理中提取出拉曼信号。移频激发法提取出的拉曼信号的信噪比与使用的激发波长的数量成正比，但是多个激光器的联合使用必然极大地增加光源复杂度与探测成本；同时逐次探测的方式会增加样品辐照的时间，对于生物样品可能造成光损伤。除此之外，移频激发法在高噪声的情况下很难提取弱的拉曼峰。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于多波长同时激发的拉曼信号检测与提取系统，用于高噪声、强荧光背景的拉曼信号测量与提取，在使用单一激光器的基础上，采用相位调制产生多波长激发光对样品进行同时激发的技术，可以对样品进行简单、快速的检测，同时克服高荧光、强噪声背景的影响，准确地提取出拉曼信号。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于多波长同时激发的拉曼信号检测与提取系统，包括：

用于产生单一波长激光5的拉曼激光器1；

用于产生多波长连续激光7的光学频率梳产生单元6；

用于对待检测样品进行聚焦辐照，同时收集产生的拉曼光谱的光谱采集单元；

以及，

用于对所收集拉曼光谱进行分析、显示并对拉曼信号进行提取的算法处理单元；

其中，所述拉曼激光器1与光学频率梳产生单元6之间设置控制所述单一波长激光5直接入射至光谱采集单元或者经由光学频率梳产生单元6产生多波长连续激光7然后再入射至光谱采集单元的开关控制单元。

所述多波长连续激光7为等频率间隔的多波长光学频率梳，所述光学频率梳产生单元6包括F-P腔、相位调制晶体以及微波信号源。

所述光学频率梳产生单元6中，微波信号源为驱动，相位调制晶体对入射的单一波长激光5进行调制，在中心频率的两侧距中心频率同样间距处出现成对的边频，各个频率分量之间的间隔与微波信号源的频率一致，经过F-P腔的多次反射与相位调制晶体的调制，得到频域上间隔相等且和微波信号源提供的频率一致的光学频率梳。

所述光谱采集单元包括：

用于接收单一波长激光5或多波长连续激光7的激发光纤15；

用于将激发光纤15传导激光聚焦后辐照至样品12上并收集所产生的拉曼光谱(即散射光谱)的拉曼探头11；

以及用于将所收集拉曼光谱传导至算法处理单元的收集光纤16。

所述算法处理单元包括：

用于接收收集光纤16所传导拉曼光谱并将其进行光栅分光、CCD探测后得到不同波数对应的光强度信息的光谱仪13；

以及，用于运行算法恢复出真实拉曼信号的计算机14。

所述开关控制单元包括：

布置于单一波长激光5向光学频率梳产生单元6入射路线上的反射镜一3；

布置于多波长连续激光7向光谱采集单元入射路线上的反射镜四9；