[发明专利]深度识别拉曼光谱分析系统及分析方法

说明书

本发明涉及一种深度识别拉曼光谱分析系统及分析方法。所述分析系统包括拉曼激光器和编码孔径光纤拉曼光谱分析模块；在所述拉曼激光器的激发光输出端连接有激发光纤，在激发光纤的传输光路中依次设置有激发光纤准直镜、激发光纤耦合镜和窄带滤光片；在所述编码孔径光纤拉曼光谱分析模块的信号输入端连接有编码孔径光纤阵列，所述编码孔径光纤阵列外接收集光纤，在所述收集光纤的传输光路中依次设置有收集光纤准直镜、收集光纤耦合镜和高通拉曼滤光片；所述激发光纤与所述收集光纤在自由端汇聚成拉曼信号激发/收集光纤探头；所述激发光纤位于激发/收集探头的中心，所述收集光纤围绕中心的激发光纤多圈环形布置。本发明能够对样品进行深层检测。

技术领域

本发明涉及一种光谱检测技术，具体地说是一种深度识别拉曼光谱分析系统及分析方法。

背景技术

拉曼光谱技术具有非接触、无损、快速准确等优点，在纯定性分析、高精度定量分析和测定分子结构等方面具有很大的应用价值，其应用范围涉及化学、物理学、生物学、材料、医学、文物和宝石等多种领域。然而，拉曼散射光的光强较弱，这是其本身固有的缺点。一般来说，拉曼散射光的光强约为入射光光强的10^-10，因此，拉曼散射光极易受到荧光信号的干扰，且不同振动峰还容易重叠。另外，在使用拉曼光谱对透明包装样品进行检测时，只能对样品表层物质进行检测，而无法获得样品深层次的信息，造成检测不彻底。还有，拉曼光谱无法直接穿透不透明包装袋，在对包装中的样品进行测定时，需要破坏样品的外包装，取得样品后才能进行检测，这就使得检测过程繁琐，增加了检测时间。

在样品内部深层次的拉曼光谱检测技术方面，2005年Matousek等基于光子迁移理论提出了一种空间偏移拉曼光谱（SORS）技术。当激光入射到待测样品表层时，其中有一部分散射光将进入样品内部，样品内部深层处产生的拉曼散射光的光子相比于样品表层的光子在散射过程中更易于发生横向迁移，经多次散射后返回样品表层，被光谱仪器的接收系统予以收集。到达样品内部不同深度（ΔH）的散射光返回表层后，其所在位置距离激光光源入射点在样品表层上会有不同的偏移距离（ΔS）。当空间偏移距离ΔS≠0时，光谱仪器收集到的拉曼光谱信号中来自表层的信号就会衰减很快，而来自样品深层的信号衰减较慢，这就使得更深层的拉曼散射光的光子比重变大，从而实现光谱分离，再结合多元数据分析方法，就可获得样品内部不同深度位置处的拉曼光谱。

但是，基于目前传统的拉曼光谱分析技术的空间偏移拉曼光谱分析技术只能一次获得样品内部某一深度的拉曼信号，无法实现识别分析样品不同深度处的成分的拉曼信号。共聚焦拉曼显微技术也可实现深层次生物组织拉曼光谱的探测，但是，共聚焦拉曼显微技术在对生物组织进行深度识别成像时，需要通过多次的Z轴扫描才能实现，不仅耗时长，多次测量还存在有一致性差的问题；而且，系统的光路复杂，不易于集成化和探头化，也不适于作为诊断工具应用于现场检测。

发明内容

本发明的目的就是提供一种深度识别拉曼光谱分析系统及分析方法，以解决现有空间偏移拉曼光谱分析无法区分识别被测样品不同深度处的拉曼信号的问题。

本发明的目的是这样实现的：一种深度识别拉曼光谱分析系统，包括拉曼激光器和编码孔径光纤拉曼光谱分析模块；在所述拉曼激光器的激发光输出端连接有激发光纤，在激发光纤的传输光路中依次设置有激发光纤准直镜、窄带滤光片和激发光纤耦合镜；在所述编码孔径光纤拉曼光谱分析模块的信号输入端连接有编码孔径光纤阵列，所述编码孔径光纤阵列外接收集光纤，在所述收集光纤的传输光路中依次设置有收集光纤准直镜、高通拉曼滤光片和收集光纤耦合镜；所述激发光纤与所述收集光纤在自由端汇聚成束，并在自由端的端部集结成拉曼信号激发/收集光纤探头；所述激发光纤位于激发/收集探头的中心，所述收集光纤围绕中心的激发光纤多圈环形布置。

组成拉曼信号激发/收集光纤探头中的激发光纤处于探头轴心的位置，组成拉曼信号激发/收集光纤探头中的收集光纤有若干条，与激发光纤平行设置，并合围在激发光纤的外围。

在拉曼信号激发/收集光纤探头中的收集光纤有至少两层环圈，每层环圈上的收集光纤距轴心处的激发光纤的间距相等。