一種表面增強拉曼光譜測試系統的制作方法
【專利摘要】一種表面增強拉曼光譜測試系統，涉及光譜檢測技術領域，所解決的是提高檢測靈敏度的技術問題。該系統包括光柵光譜儀、激光光源、探測探頭、表面增強采樣模塊；所述探測探頭包括拉曼激發光光纖頭、光源側準直透鏡、短波通濾光片、窄帶濾光片、45度全反射鏡、45度雙色濾光片、長波通濾光片、聚焦透鏡、拉曼接收光纖頭；所述表面增強采樣模塊包括耦合透鏡、激光入射光纖頭、激光出射光纖頭、表面增強金屬層。本實用新型提供的系統，能用于檢測低微濃度樣品。
【專利說明】
一種表面増強拉曼光譜測試系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及光譜檢測技術，特別是涉及一種表面增強式拉曼光譜測試系統的技術。
【背景技術】
[0002]激發光的光子將待測物質電子激發到一個高能態，高能態電子隨即躍迀到一個低能態，同時發出散射光子。若電子的初態與末態的能級相同，根據能量守恒，那么散射光子與入射光子能量相等，此現象稱為瑞利散射;若電子初態與末態能級不同，那么散射光子與入射光子能量不同，此現象稱為拉曼散射。拉曼光譜是一種振動譜形式，即能量躍迀產生于分子的振動。因為振動與官能團相關，當躍迀能量描繪成譜圖時，即可用來識別分子。
[0003]現有拉曼光譜測量系統一般包括激光光源、探測探頭、光譜儀，其中激光光源作為拉曼信號的激發光源，激發光被探測探頭的透鏡聚焦后照射到被測樣品表面，探測探頭是對激發光進行濾波、聚焦;對拉曼信號光進行收集、濾波，然后傳輸到光譜儀，光譜儀用來色散拉曼信號光，探測不同波長處拉曼信號強度。
[0004]現有拉曼光譜測量系統的缺陷在于:激發光是聚焦后照射到被測樣品，是單點激發拉曼信號，絕大部分的激發光都被銳利散射掉，沒有充分利用，激發光聚焦成點照射到樣品表面，所產生的拉曼信號光以激發光照射點為中心向四周輻射，而探頭的拉曼光收集系統受限于其透鏡的NA和工作距離限制，只能收集很小的一個范圍角內的拉曼輻射信號，因此使本就比較微弱的拉曼信號更加微弱，難于探測。因此，激發光與樣品的作用距離較短，拉曼信號的產出效率及收集效率都較低，使系統檢測靈敏度較差，難以檢測低微濃度樣品。
【發明內容】
[0005]針對上述現有技術中存在的缺陷，本實用新型所要解決的技術問題是提供一種拉曼信號的產出效率及收集效率高，因而系統檢測靈敏度高，能用于檢測低微濃度樣品的表面增強式拉曼測試系統。
[0006]為了解決上述技術問題，本實用新型所提供的一種表面增強式拉曼光譜測試系統，包括光柵光譜儀、激光光源、探測探頭、表面增強采樣模塊；
[0007]所述探測探頭包括拉曼激發光光纖頭、光源側準直透鏡、短波通濾光片、窄帶濾光片、45度全反射鏡、45度雙色濾光片、長波通濾光片、聚焦透鏡、拉曼接收光纖頭；
[0008]其特征在于:還包括表面增強采樣模塊，所述表面增強采樣模塊包括耦合透鏡、激光入射光纖頭、激光出射光纖頭、表面增強金屬層；
[0009]該系統具有兩條光路，其中的一條光路為激發光路，另一條光路為檢測光路；
[0010]所述激發光路的光路結構為:從激光光源出發，先經過拉曼激發光光纖頭，再從光源側準直透鏡的發散光入射面進入并穿過光源側準直透鏡，再依次經短波通濾光片、窄帶濾光片、45度全反射鏡、45度雙色濾光片、親合透鏡、激光入射光纖頭、激光出射光纖頭，至Ij達表面增強金屬層；
[0011]所述檢測光路的光路結構為:從表面增強金屬層出發，依次經激光出射光纖頭、激光入射光纖頭、耦合透鏡、45度雙色濾光片、長波通濾光片、聚焦透鏡、拉曼接收光纖頭，到達光柵光譜儀。
[0012]本實用新型提供的表面增強式拉曼測試系統，引入了表面增強效應，顯著提高了拉曼信號光的產出效率及收集效率，因而系統檢測靈敏度高，能用于檢測低微濃度樣品。
【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型實施例的表面增強式拉曼測試系統的結構示意圖；
[0014]圖2是本實用新型實施例的表面增強式拉曼測試系統中的探測探頭的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0015]以下結合【附圖說明】對本實用新型的實施例作進一步詳細描述，但本實施例并不用于限制本實用新型，凡是采用本實用新型的相似結構及其相似變化，均應列入本實用新型的保護范圍。
[0016]如圖1-圖2所示，本實用新型實施例所提供的一種表面增強式拉曼測試系統，包括光柵光譜儀1、激光光源4、探測探頭2;
[0017]所述探測探頭2包括拉曼激發光光纖頭20、光源側準直透鏡21、短波通濾光片22、窄帶濾光片23、45度全反射鏡24、45度雙色濾光片25、長波通濾光片26、聚焦透鏡27、拉曼接收光纖頭28 ；
[0018]其特征在于:還包括表面增強采樣模塊，所述表面增強采樣模塊包括耦合透鏡30、激光入射光纖頭31、激光出射光纖頭32、表面增強金屬層34;
[0019]該系統具有兩條光路，其中的一條光路為激發光路，另一條光路為檢測光路；
[0020]所述激發光路的光路結構為:從激光光源4出發，先經過拉曼激發光光纖頭20，再從光源側準直透鏡21的發散光入射面進入并穿過光源側準直透鏡21，再依次經短波通濾光片22、窄帶濾光片23、45度全反射鏡24、45度雙色濾光片25、耦合透鏡30、激光入射光纖頭
31、激光出射光纖頭32，到達表面增強金屬層34;
[0021]所述檢測光路的光路結構為:從表面增強金屬層34出發，依次經激光出射光纖頭
32、激光入射光纖頭31、耦合透鏡30、45度雙色濾光片25、長波通濾光片26、聚焦透鏡27、拉曼接收光纖頭28，到達光柵光譜儀I。
[0022]本實用新型實施例中，所述光柵光譜儀1、激光光源4均為現有技術;光柵光譜儀是一種光譜分析設備，能將通過光纖輸入的拉曼信號光按照波長進行強度分析，給出拉曼信號光的譜圖數據；激光光源是一種窄線寬激光器，它能發射特定波長的激光(如5 3 2nm和785nm的激光)，該激光作為拉曼信號的激發光通過光纖傳輸到探測探頭，在探測探頭內經過濾波、反射后聚焦到耦合透鏡上，再經光纖傳輸到激光出射光纖頭32和表面增強金屬層34之間的待測樣品液滴33上。
[0023]本實用新型實施例中，所述短波通濾光片22用于吸收激光源的無用長波成分雜光，以降低對系統長波探測信號的干擾;所述窄帶濾光片23能進一步凈化激發光源的激光輸出，濾除激發光的邊模;所述45度全反射鏡24能反射45度入射的拉曼激發光，使經過窄帶濾光片23的激光轉折90度，入射到45度雙色濾光片25;所述45度雙色濾光片25能反射轉折45度入射的拉曼激發光，同時允許45度入射的拉曼信號光通過;所述長波通濾光片26能有效濾除殘余的激發光，使激發光不致影響探測器對拉曼信號光的響應;所述聚焦透鏡27能將通過長波通濾光片26的拉曼信號光進行聚焦，耦合進拉曼接收光纖頭28;所述耦合透鏡30用于將探測探頭出射的激發光耦合進激光入射光纖頭31，同時也可以將由激光入射光纖頭31出射的拉曼信號光準直;所述激光入射光纖頭31和激光出射光纖頭32均為光纖插針結構，并且端面光學拋光，激光出射光纖頭32可以吸附待測量的樣品液滴33，樣品液滴33對從激光出射光纖頭32出射的激發光有一定的聚焦作用，同時對激發的拉曼信號又可以聚焦耦合進激光出射光纖頭32;所述表面增強金屬層34是具有一定粗糙度的金鍍層、銀鍍層、銅鍍層或金屬針，其可以顯著增強拉曼信號光的產出率，通常可以提高3個量級以上。
[0024]本實用新型實施例的工作原理如下:
[0025]激光光源4發射的激光經過光纖傳輸到拉曼激發光光纖頭20，再從光源側準直透鏡21的發散光入射面進入并穿過光源側準直透鏡21，被光源側準直透鏡21準直后，再依次先穿過短波通濾光片22濾除長波雜光，再經過窄帶濾光片23濾除邊模，再經45度全反射鏡24反射后，光路轉折90度，入射到45度雙色濾光片25，被45度雙色濾光片25全反射后，入射到耦合透鏡30，再由耦合透鏡30耦合進激光入射光纖頭31，經過光纖傳輸后，從激光出射光纖頭32出射，入射到待測樣品液滴33上，在表面增強金屬層34的增強作用下，產生增強的拉曼光信號；
[0026]增強的拉曼信號光被樣品液滴33聚焦收集后耦合進激光出射光纖頭32，再沿光纖傳輸后通過激光入射光纖頭31出射，再經過親合透鏡30親合后，依次先由45度雙色濾光片25濾除部分激發光殘留，再經過長波通濾光片26進一步濾除信號光中夾雜的激發光殘留，再經聚焦透鏡27耦合進入拉曼接收光纖頭28，經光纖傳輸進入光柵光譜儀I，得到拉曼光譜信號譜圖。
【主權項】
1.一種表面增強拉曼光譜測試系統，包括光柵光譜儀、激光光源、探測探頭； 所述探測探頭包括拉曼激發光光纖頭、光源側準直透鏡、短波通濾光片、窄帶濾光片、45度全反射鏡、45度雙色濾光片、長波通濾光片、聚焦透鏡、拉曼接收光纖頭； 其特征在于:還包括表面增強采樣模塊，所述表面增強采樣模塊包括耦合透鏡、激光入射光纖頭、激光出射光纖頭、表面增強金屬層； 該系統具有兩條光路，其中的一條光路為激發光路，另一條光路為檢測光路； 所述激發光路的光路結構為:從激光光源出發，先經過拉曼激發光光纖頭，再從光源側準直透鏡的發散光入射面進入并穿過光源側準直透鏡，再依次經短波通濾光片、窄帶濾光片、45度全反射鏡、45度雙色濾光片、親合透鏡、激光入射光纖頭、激光出射光纖頭，到達表面增強金屬層； 所述檢測光路的光路結構為:從表面增強金屬層出發，依次經激光出射光纖頭、激光入射光纖頭、耦合透鏡、45度雙色濾光片、長波通濾光片、聚焦透鏡、拉曼接收光纖頭，到達光柵光譜儀。
【文檔編號】G01N21/65GK205449805SQ201620230706
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月24日
【發明人】于永愛, 呂超, 陳娟
【申請人】上海如海光電科技有限公司