[发明专利]一种空间离轴共焦拉曼检测探头

说明书

技术领域

本发明涉及光学检测技术领域，具体是一种空间离轴共焦拉曼检测探头。主要应用于瓶装固液体物质等的拉曼光谱检测。

背景技术

拉曼散射现象由印度科学家拉曼在1928年发现：当光入射到分子上时，除了产生与入射光频率ω₀相同的散射光以外，还有频率分量为ω₀±ω_M的散射光，ω_M是与分子转动或振动相关的频率。此后，拉曼散射的研究有了很大的进步。自20世纪60年代激光技术问世以后，将这种强单色光源应用于拉曼光散射研究中，激光拉曼光谱技术自此迅速发展。

拉曼光谱技术具有简便快捷、灵敏度高等优点，可实现物质的定性或定量检测，尤其适用于物品的无损检测，且不需要制备样品，因此得到了广泛的发展和应用。然而用激光激发分子，不可避免产生荧光发射，当分子发射的荧光与拉曼线波长接近时，就会造成对拉曼检测的强烈干扰。尤其在检测玻璃瓶装固体样品或水溶液时，玻璃容器的荧光背景很强，对拉曼信号光造成干扰。

为解决拉曼光谱检测中的荧光干扰，研究人员提出诸多技术。

首先是算法上的优化和提高。比如采用样条拟合、傅里叶变换、小波变换等数学方法来处理荧光光谱和拉曼光谱的混合光谱，提取出有效拉曼光谱。因检测环境的多样性，该方法普适性不高。基于差分算法的双波长拉曼检测【中国专利201710009827.2】采用多波长激光检测样品，利用差分算法剔除荧光数据，实验装置相对复杂。

针对检测物质，可以添加适当的猝灭剂使荧光猝灭；或将样品冷却，使用基质隔离减弱荧光；或者将样品吸附在特殊制备的一些金属良导体表面或溶胶中，使用表面增强拉曼光谱技术提高拉曼光谱强度，但会增加样品处理复杂度。

从实验技术上，可调节激光波长，使拉曼散射峰离开荧光谱。然而激发波长提高，拉曼信号强度会有所下降。另外该法也比较被动。还可使用时间鉴别技术【中国专利201610323215.6】，基于拉曼发射时间远小于荧光寿命这一原理，从测量时间上避开对发射荧光的接收。该法对激光器要求极高，适合实验室研究而不适用于日常拉曼检测。

改进拉曼探头成为民用拉曼检测设备消除荧光的又一个出发点。目前市场上的拉曼探头采用传统双光纤收发同轴共焦的后向散射方式，如【中国专利201610166895.5】和【中国专利201410061973】，即激发光和信号光同轴共焦，使用反射镜或双色片引出信号光到另一根光纤上。这种常规探头结构简单、信号强度高，但是同时背景荧光强度也高。

针对荧光信号强度在空间立体分布、而拉曼光谱对空间角度不敏感的特性，让收集信号的光路与激光发射光路分开，可有效减少荧光干扰。现有技术【中国专利201511005997.0】中利用双波长激光侧向激发，信号光经透镜组聚焦直接入射到光谱仪狭缝中，在低信号强度时可消除荧光干扰。然而该拉曼探头中并没有完全分开发射光路与收集光路，且采用双波长激光激发，还是需要差分算法的支持才能综合消除背景荧光。

发明内容

本发明针对玻璃瓶装样品拉曼光谱检测时出现的荧光背景，克服现有测量技术装置复杂，算法复杂等缺点，提出一种空间离轴共焦拉曼检测探头，使用该探头进行拉曼光谱检测时能够有效消除样品容器的荧光背景干扰，并且具有结构简单、成本低、装配方便等优点。

本发明的技术解决方案如下：

一种空间离轴共焦拉曼检测探头，其特点在于，包括：沿发射光路依次放置的发射光纤、第一准直透镜、第一滤波片和聚焦透镜，以及沿接收光路依次放置的聚焦透镜、第二滤波片、第二准直透镜和接收光纤，所述的第一准直透镜的光轴、第二准直透镜的光轴和聚焦透镜的光轴互相平行，所述发射光纤的出射端面位于第一准直透镜的焦点处，所述接收光纤的入射端面位于第二准直透镜的焦点处；

激光通过发射光纤经第一准直透镜准直，再经过第一滤波片滤波后，通过聚焦透镜聚焦在被测物品上，该被测物品位于聚焦透镜的焦点处，经激光激发被测物品的拉曼光依次经聚焦透镜、第二滤波片和第二准直透镜，聚焦到接收光纤的入射端面。

所述的发射光路为单一发射光路或多路发射光路，所述的多路发射光路由多个互相平行的单一发射光路构成，所述的接收光路为单一接收光路或多路接收光路，所述的多路接收光路由多个互相平行的单一接收光路构成。

所述的多路发射光路和多路接收光路以聚焦透镜的光轴为中心按照一字排列或圆形排列。

在发射激光强度较低时，发射光路由两个或多个同样的平行单一发射光路组成。