[发明专利]用于检测特定窄波数范围的拉曼光谱仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种拉曼光谱仪，尤其是涉及一种用于检测特定窄波数范围的拉曼光谱仪。

背景技术

目前，市场上使用的拉曼光谱仪，包括科研型和便携式，一般都针对较宽的波数范围以获得更丰富的光谱信息。该方式下发射的激光被均匀分散，加上每一千万个光子中才有一个光子发生拉曼散射致使拉曼信号本身较弱的固有特征，导致测量范围内图谱信噪比较低。为了获得高精度的拉曼图谱，需要采用较高的激光强度和较长的采集时间，容易造成样品，尤其是生物样品的破坏，以及较高的时间成本。

因此，对于选定了标志峰的拉曼应用，将检测范围缩小到特定波数区域的图谱信号收集，可以显著避免光子浪费，提高光谱灵敏度，减少测量时间，降低对样品的伤害性。

公开号为CN107014803A的中国专利公布了一种拉曼光谱检测装置，所述装置包括：激发激光器、窄带干涉滤光片、功率衰减滤光片、辐射状偏振光发生器、反射镜、瑞利滤光片、显微镜头、拉曼增强基底、共聚焦针孔和接收光谱仪。采用所述辐射状偏振光发生器将所述激发激光器产生的圆柱形光束转化为定向辐射状偏振激光，所述定向辐射状偏振激光经过所述拉曼增强基底的散射后产生定向分布的定向拉曼散射光，绝大部分的所述定向拉曼散射光能够被所述显微镜头接收，使得散射光的接收强度相较于漫散射光的接收强度增加10²～10⁴倍，提高了拉曼散射光的接收效率，增加了拉曼检测的灵敏度，该专利的最终目标包括提高拉曼信号强度，但该专利通过将激光定向接收并通过加入拉曼增强基底实现。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可快速高灵敏度测定特定窄波数区域拉曼图谱的拉曼光谱仪。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

用于检测特定窄波数范围的拉曼光谱仪，该拉曼光谱仪包括激光发射设备、光谱采集设备、数据处理设备，所述激光发射设备用于获得功率调整后的激发光束，所述光谱采集设备用于使功率调整后的激发光束打到样品表面发生拉曼散射，并滤去定向瑞利散射光，得到定向拉曼散射光，并使定向拉曼散射被接收器接收，所述数据处理设备为与接收器连接的电脑设备，用于所获拉曼光谱的形成、分析及判断；所述的接收器为单光子探测器，定向拉曼散射光最终被单光子探测器接收。

所述激光发射设备包括激光器、干涉滤光片及功率衰减片，所述激光器产生圆柱形光束，圆柱形光束通过所述干涉滤光片滤除等离子线，只允许激光器发射波长周围的光线通过，得到高纯净波长的激发光束；所述高纯净波长的激发光束经所述功率衰减片衰减，获得功率调整后的激发光束。

所述窄波数范围，包括1-1000cm^-1区域，即在所需中心波数左右各0.5-500cm^-1；

所述激光器发射波长范围在266-1064nm，包括但不局限于532nm，633nm，660nm，785nm，1064nm等。

所述激光器发射能量为50mW-500mW。

所述干涉滤光片用于滤除等离子线，只允许激光器发射波长周围的光线通过。

所述功率衰减片用于激光强度的衰减，衰减百分比可调。

所述光谱采集设备包括反射镜、显微镜系统、瑞利滤光片、共聚焦针孔及单光子探测器，功率调整后的激发光束依次经过所述反射镜和所述瑞利滤光片的反射后，通过显微镜系统打到样品表面发生拉曼散射，随后光子返回到显微镜系统并穿透瑞利滤光片，其中与入射激光波长一致的光子无法穿透瑞利滤光片从而无法被收集；处于焦平面的光子穿透瑞利滤光片之后经过共聚焦针孔，而处于非焦平面的光子绝大多数无法进入共聚焦针孔从而无法被收集；穿过共聚焦针孔的光子进入带通滤光片，只有指定波长狭窄范围的光子可穿透带通滤光片，而所有其他波长的光子都被阻断，从而最终实现特定窄波数范围的拉曼光谱的获取；通过带通滤光片的光子被高灵敏的单光子探测器收集。

所述显微镜系统包括正置显微镜与倒置显微镜，其光斑分辨率最高可达0.5μm；功率调整后的激发光束依次经过所述反射镜和所述瑞利滤光片的反射后，经正置显微镜入射在样品表面发生拉曼散射，然后经过倒置显微镜照射到所述瑞利滤光片表面。

所述瑞利滤光片，包括陷波滤光片和Edge滤光片两种，用于将与发射激光波长相同的光子反射到达样品实现拉曼散射，透过波长高于或低于发射激光波长的光子到达光子探测器。

在共聚焦针孔与单光子探测器之间设有带通滤光片，定向拉曼散射光经过所述共聚焦针孔、带通滤光片后被单光子探测器接收。