[发明专利]改进型拉曼光谱系统

说明书

提供用于分析来自由电磁辐射照射的物体的非弹性散射电磁辐射的光谱系统(10)。系统包括可调透镜组件(13)，该可调透镜组件具有设置在电磁辐射源(11)和物体(0)之间的波束路径中的可调透镜，并被布置为将从电磁辐射源发射的电磁辐射波束投射到物体的区域，并接收和校准来自所述物体的非弹性散射电磁辐射。基于由至少第一探测器(121)检测到的电磁辐射，控制单元(14)能够作出改变可调透镜的操作设置的决定。

技术领域

本发明一般涉及光谱学领域。更特别地，本发明涉及改善型拉曼光谱学(Ramanspectroscopy)。

背景技术

拉曼光谱学是某种光谱学技术，其能够实现系统中的振动、转动和其他低频模式的观测。拉曼光谱学通常用在例如化学领域中以提供可以识别不同分子的指纹。

拉曼光谱学一般提供关于分子振动的信息，其可以用于识别或量化构成样本的材料。样本通常被电磁辐射源(例如具有单色光的激光器或LED)照射。在样本上入射的光被散射、吸收或穿透。散射光的大部分通常与光源在相同的频率中，这通常被称为瑞利或弹性散射，即能量被保存。一般而言，非常小量(一般在10-5％的范围中)的入射光强度通过拉曼散射或非弹性散射被散射，即能量没有保存能量，导致散射光的波长移位。

样本的拉曼光谱可以通过相对于频率绘制波长移位强度来得到。

拉曼光谱学是非常完善的光谱学技术，其可用于以高精确度快速识别化学物质。每一种材料会产生唯一的拉曼光谱，这就是为什么这种技术适合于识别材料的原因。

拉曼效应一般发生在聚焦的单色(激光)光与包括在样本中的被照射的分子的振动模式相互作用时。

从分子散射的光产生通常包括组成分子“指纹”的一连串的线的振动光谱。

拉曼仪器通常用于药物实验室中。

此外，电子组件的持续小型化导致产生便携式且手持的拉曼仪器，该便携式且手持的拉曼仪器可用于手持测量液体、粉末和固体。

拉曼仪器的光学模块主要包括三个主要部分：激励源，例如一般为激光器；采样设备，例如一般为光学探测器；以及光谱仪或检测器。光学探测器通常将激光辐射投递到样本并传送从样本往回散射的拉曼辐射至光谱仪。

一般而言，存在三种主要类型的光学探测器几何结构：使用光纤的远程采样探测器、具有自由空间辐射路径的常规采样探测器、以及拉曼成像探测器，该拉曼成像探测器是拉曼光谱仪和显微镜的结合。

首次报道的拉曼探测器是在McCreery等人的美国专利No.4,573,76l中的远程采样探测器。该探测头是三个光纤的集束，其中中心光纤用于将激光束传递到样本以及其他两个光纤从样本收集拉曼光。所述激光束是发散的且拉曼光子的效率很差。针对McCreery探测器作出许多改进以增加收集效率。

常规采样探测器通常通过在自由空间激光器和收集路径上结合透镜系统和虑光材料来移除光纤背景并优化光吞吐量。这些探测器一般使用180°或90°的几何结构。

对这两种几何结构有一些变形。在一些应用中，激光器与收集轴之间的角度超过或低于90°，而一些应用使用平行的轴以进行激励和收集辐射。

180°探测器配置在商业化拉曼仪器中变得很普遍并有许多优点。例如，收集透镜(collection len)与样本之间的有效距离可以高达几个厘米，这一般会使得通过小瓶进行拉曼采样成为可能。由于激光和收集光经过相同表面，可以容忍曲面小瓶或瓶子。

但是，样本校准对于这两种几何形状是共同的问题，因为激光在样本上的聚焦位置会受到拉曼信号强度的严重影响。