[发明专利]基于转动滤光片波长连续可调的显微拉曼系统

说明书

基于转动滤光片波长连续可调的显微拉曼系统，涉及共振拉曼领域。设有波长连续可调激光器、反射镜、滤光片、转台、消色差聚光透镜、光谱仪；波长连续可调激光器发射的激光依次入射经过转台上的反射镜和滤光片，再引入到显微镜中的物镜，经物镜聚焦到待测样品上；待测样品上的散射光经物镜收集后呈准直光束原路返回，经过滤光片滤除激光瑞利线，再通过消色差聚光透镜聚焦到光谱仪中。利用一片反射镜跟随滤光片一体联动的特殊光路系统，达到转动光学元件而光路不动的效果，在滤光片转动时，引入的激光和引出的信号光两光束的方向恒定不变，波长可调谐长波通滤光片可同时应用于激光的引入和拉曼信号光的引出，激发波长连续可调且光损耗极低。

技术领域

本发明涉及共振拉曼领域，尤其是涉及一种新型的激发波长连续可调的基于转动滤光片波长连续可调的显微拉曼系统。

背景技术

由于大多数样品拉曼散射的发生概率小且信号弱，通常是瑞利散射的10^-3-10^-6，拉曼光谱仪需要对瑞利光进行有效的滤除,降低杂散光背景才能获得拉曼光谱检测，因此滤光装置是拉曼光谱仪的关键部分。按照滤光方式,目前市场上的拉曼光谱仪主要分两类：一类采用光学滤光片的单级光谱仪；另一类是使用狭缝或针孔空间滤波的多级联光谱仪。

对于前一类采用光学滤光片方式的光谱仪，滤光片在光路中有两个重要的作用：一是衰减信号光中瑞利光强的作用；二是在激光的引入和拉曼信号光的引出上起到二向色镜的作用。滤光片的二向色镜功能使得光谱仪在应用到180度拉曼信号采集方式的显微拉曼系统时，对激光和拉曼信号光的光强度均损失较小，因而检测灵敏度相对较高。而该类光谱仪的缺点是在改变激发波长时需要更换对应的滤光片模块，因此无法适用于激发波长连续可调的情况。

对于后一类多级联式的光谱仪，是目前可适用于激发波长连续可调的光谱仪系统,然而多级光谱仪存在光路系统庞大造价高、光路复杂信号光损耗显著等问题，而导致检测灵敏度低的缺点，另外，在应用到180度拉曼信号采集方式的显微拉曼系统时，激光的引入和拉曼信号光的引出需要使用半透半反分光镜来实现，从而造成激光和拉曼信号光强度各损失一半，因此，检测灵敏度进一步严重衰减。

虽然早在多年前，美国Semrock公司就已经研发出了截止波长可连续调谐的滤光片，国内也有科研课题组将此滤光片应用于他们的波长可调谐系统中(Liu,X.-L.；Tan,P.-H.,Rev.Sci.Instrum.2017,88(8),083114.)，然而，该系统的设计无法将滤光片应到激光光路中，来实现低损耗的激光的引入和拉曼信号光的引出，采用一个额外的半透半反分光镜来替代二向色镜，这样势必造成信号光强度衰减到四分之一的情况。造成这种可调谐滤光片无法运用于激光的引入和拉曼信号光的引出的原因是：滤光片在改变截止波长时需要转动滤光片的入射角度，导致激光在滤光片上的反射方向也相应改变，而拉曼显微镜要求激光光束的方向和位置都是沿光轴恒定不变的，因此，传统的滤光片型拉曼显微镜无法使用需要转动的可调谐滤光片来获得适用于激发波长连续可调的功能。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的上述问题，提供运用反射镜和滤光片一体联动的独特光路系统，使得在转动滤光片角度改变滤光波长的同时，激光光束和散射信号光束的方向和位置均保持不变，从而获得适用于激发波长连续可调且光损耗极低的基于转动滤光片波长连续可调的显微拉曼系统。

本发明设有：

一台波长连续可调激光器，用于输出不同波长的单色激光；

一片反射镜，用于联动滤光片，在滤光片转动的同时，不改变光路原有的方向和位置；

一片滤光片，为波长可调谐长波通滤光片，通过转动滤光片改变其与入射光之间的夹角，截止透射不同波长的激光；

一个转台，用于将反射镜和滤光片以固定夹角垂直固定在转台上一同转动，当反射镜和滤光片所在平面的相交线与转台的转轴相重合时，入射面垂直于转轴的光线将有恒定不变的出射光线；