[发明专利]一种便携式表面增强拉曼光谱仪及其测量方法

权利要求书

1.一种便携式表面增强拉曼光谱仪，其特征在于，所述便携式表面增强拉曼光谱仪包括：激光器、白光光源、光纤拉曼探头、微型光谱分析仪、三维移动平台和计算机；其中，样品放置在三维移动平台表面的样品台内；光纤拉曼探头连接至微型光谱分析仪；所述微型光谱分析仪连接至计算机；所述光纤拉曼探头包括辅助对焦光路、拉曼测量光路、可见光波段二向色镜和显微物镜，辅助对焦光路包括白光探测光路、白光采集光路和分光平片，拉曼测量光路包括激发光光路、信号光收集光路和拉曼二向色镜；在拉曼测量光路中，激光器发出激光经激发光光路准直和滤波至拉曼二向色镜，经拉曼二向色镜反射后再透射通过可见光波段二向色镜，经显微物镜聚焦至样品上，产生拉曼信号，拉曼信号经显微物镜后经可见光波段二向色镜和拉曼二向色镜透射，由信号光收集光路收集；在辅助对焦光路中，白光光源发出白光，经白光探测光路准直至分光平片和可见光波段二向色镜后，通过显微物镜，聚焦至样品的表面，白光信号沿原路返回，经分光平片后至白光采集光路，得到数字摄像机信号传输至计算机，得到样品表面的显微形貌，从而确定光路对焦情况；与此同时，通过移动三维平移台，使得样品的表面正好处于显微物镜的焦距处，这样在辅助对焦光路中，样品的表面能够在数字摄像机上清晰成像，同时由于拉曼测量光路与辅助对焦光路属于共焦光路，在拉曼测量光路中，样品的表面处于激光聚焦的最佳位置，因此在样品的表面能够得到最佳的拉曼激发，从而获得最强的拉曼信号，实现最佳激发效果和拉曼信号收集；由信号光收集光路收集的拉曼信号传输至微型光谱分析仪，再传输至计算机。

2.如权利要求1所述的便携式表面增强拉曼光谱仪，其特征在于，所述辅助对焦光路包括白光探测光路、白光采集光路和分光平片；其中，白光探测光路采用透镜，白光光源发出白光，经透镜准直至分光平片；白光采集光路包括成像镜头和数字摄像机，白光信号沿原路返回，从分光平片反射至成像镜头会聚照射至数字摄像机，得到数字摄像机信号传输至计算机。

3.如权利要求1所述的便携式表面增强拉曼光谱仪，其特征在于，所述拉曼测量光路包括激发光光路、信号光收集光路和拉曼二向色镜；其中，激发光光路包括输入光纤、激光准直镜和滤波器；激发光经输入光纤传输至激光准直镜，经激光准直镜形成空间平行光，经陷波滤波器进行滤光后，照射至拉曼二向色镜；信号光收集光路包括拉曼滤波器、激光耦合器和输出光纤，透过拉曼二向色镜的拉曼信号，经拉曼滤波器滤除杂波信号，拉曼信号经激光耦合器耦合进输出光纤，经输出光纤传输至微型光谱分析仪。

4.如权利要求1所述的便携式表面增强拉曼光谱仪，其特征在于，所述白光光源采用LED光源。

5.如权利要求1所述的便携式表面增强拉曼光谱仪，其特征在于，所述激光器采用半导体激光器。

6.如权利要求1所述的便携式表面增强拉曼光谱仪，其特征在于，所述三维移动平台包括：二维移动的样品台和一维移动的拉曼探头支架；其中，在水平的二维移动的样品台上设置竖直的一维移动的拉曼探头支架；二维移动的样品台采用螺旋微调螺杆控制；拉曼探头支架采用可滚珠丝杆滑台进行控制，二者组合使用能够使样品在三维空间进行移动。

7.如权利要求1所述的便携式表面增强拉曼光谱仪，其特征在于，还包括便携箱，所述激光器、白光光源、光纤拉曼探头、微型光谱分析仪、三维移动平台和计算机组合起来放置在便携箱中。

8.一种便携式表面增强拉曼光谱仪的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括以下步骤：

1)在拉曼测量光路中，激光器发出激光经激发光光路准直和滤波至拉曼二向色镜，经拉曼二向色镜反射后再透射通过可见光波段二向色镜，经显微物镜聚焦至样品上，产生拉曼信号，拉曼信号经显微物镜后经可见光波段二向色镜和拉曼二向色镜透射，由信号光收集光路收集；

2)在辅助对焦光路中，白光光源发出白光，经白光探测光路准直至分光平片和可见光波段二向色镜后，通过显微物镜，聚焦至样品的表面；白光信号沿原路返回，经分光平片后至白光采集光路，得到数字摄像机信号传输至计算机，得到样品表面的显微形貌；

3)与此同时，通过移动三维平移台，使得拉曼探头所处位置能够使样品的表面正好处于显微物镜的焦距处，这样在辅助对焦光路上，样品的表面能够在数字摄像机上清晰成像，同时由于拉曼测量光路与辅助对焦光路属于共焦光路，在拉曼测量光路中，样品的表面处于激光聚焦的最佳位置，因此在样品的表面能够得到最佳的拉曼激发，从而获得最强的拉曼信号，实现最佳激发效果和拉曼信号收集；

4)由信号光收集光路收集的拉曼信号传输至微型光谱分析仪，再传输至计算机。