本發(fā)明涉及拉曼光譜采集技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于微透鏡陣列的多焦點(diǎn)式拉曼光譜采集儀。

背景技術(shù)：

拉曼散射效應(yīng)首先由印度科學(xué)家c.v.拉曼于1928年發(fā)現(xiàn)。隨著激光器的出現(xiàn)和改進(jìn)，以及弱光檢測(cè)技術(shù)的提升，基于拉曼散射效應(yīng)的拉曼光譜檢測(cè)技術(shù)得以發(fā)展。從此，拉曼光譜技術(shù)在物理、化學(xué)、生物、以及醫(yī)學(xué)等研究領(lǐng)域上有了廣泛的應(yīng)用。

但是，目前常用的拉曼光譜采集儀存在著以下兩個(gè)缺點(diǎn)：

第一、拉曼信號(hào)需要較強(qiáng)的激光作為激勵(lì)，而得到的拉曼信號(hào)卻十分微弱，而高功率的激光會(huì)損傷吸光材料，例如：黑色塑料拉曼光譜的測(cè)量就目前拉曼光譜應(yīng)用的一個(gè)難點(diǎn)；

第二、拉曼信號(hào)較弱，所以采集時(shí)需要較長(zhǎng)的積分時(shí)間，這導(dǎo)致拉曼光譜的采集效率較慢，對(duì)一個(gè)樣品進(jìn)行掃描式測(cè)量時(shí)會(huì)消耗大量的時(shí)間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種基于微透鏡陣列的多焦點(diǎn)式拉曼光譜采集儀，本發(fā)明通過在拉曼光譜采集儀中引入微透鏡陣列，使聚焦在待測(cè)樣品上的光斑能量分散，從而降低聚焦高強(qiáng)度光斑對(duì)待測(cè)樣品的損壞，擴(kuò)大拉曼光譜的應(yīng)用領(lǐng)域，詳見下文描述：

一種基于微透鏡陣列的多焦點(diǎn)式拉曼光譜采集儀，所述多焦點(diǎn)式拉曼光譜采集儀主要具有兩種功能：低入射光功率拉曼光譜檢測(cè)、以及高速顯微拉曼測(cè)量；

所述多焦點(diǎn)式拉曼光譜采集儀將一個(gè)匯聚光斑分散成多個(gè)聚焦光斑，并根據(jù)采集信號(hào)目的的不同，后期采用不同的信號(hào)處理方式；

根據(jù)待測(cè)樣品和采樣要求的不同選擇不同強(qiáng)度的輸入激光，選取參數(shù)匹配的微透鏡陣列與光纖進(jìn)行拉曼信號(hào)的采集，即以矩形的形式在待測(cè)樣品表面采集信號(hào)，再以線形的形式將待測(cè)樣品的拉曼信號(hào)輸入ccd型光譜儀。

所述根據(jù)采集信號(hào)目的的不同，后期采用不同的信號(hào)處理方式具體為：

實(shí)現(xiàn)低光功率拉曼光譜檢測(cè)時(shí)，即想要降低聚焦高強(qiáng)度光斑對(duì)待測(cè)樣品的損壞，將采集得到的n組拉曼信號(hào)進(jìn)行疊加，最終得到一組信號(hào)，即為待測(cè)樣品的拉曼信號(hào)；

實(shí)現(xiàn)高速顯微拉曼測(cè)量時(shí)，則一次測(cè)量就可以得到待測(cè)樣品表面上不同位置的n組拉曼信號(hào)，再進(jìn)行平面掃描并多次測(cè)量光譜，從而得到待測(cè)樣品感興趣區(qū)域的顯微拉曼信號(hào)。

所述多焦點(diǎn)式拉曼光譜采集儀包括：激光器，

激光器發(fā)出的激光經(jīng)過第一匯聚透鏡、針孔、第二匯聚透鏡變成較寬的激光束，其光束寬度與第一微透鏡陣列、第二微透鏡陣列相吻合；

第一微透鏡陣列、第二微透鏡陣列的參數(shù)相同，入射激光通過第一微透鏡陣列進(jìn)行分束匯聚，再經(jīng)過第三匯聚透鏡和顯微鏡頭的光路調(diào)整，最后光斑照射在待測(cè)樣品上；

激發(fā)出的拉曼信號(hào)沿光路返回，待測(cè)樣品表面與光纖的輸入接頭呈共軛關(guān)系，拉曼信號(hào)照射在光纖的輸入端，不同位置的拉曼信號(hào)沿光纖中不同的纖芯進(jìn)行傳導(dǎo)，光纖的輸出端為線形排布，即輸出的拉曼信號(hào)以線形照射進(jìn)ccd型光譜儀中；

通過對(duì)橫軸掃描器、縱軸掃描器的調(diào)節(jié)，來完成光斑在待測(cè)樣品表面的移動(dòng)，從而在不移動(dòng)待測(cè)樣品的條件下，完成對(duì)待測(cè)樣品表面不同位置拉曼信號(hào)的測(cè)量。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是：通過在拉曼光譜采集儀中引入微透鏡陣列，可使聚焦在待測(cè)樣品上的光斑能量分散，降低聚焦高強(qiáng)度光斑對(duì)待測(cè)樣品的損壞，可擴(kuò)大拉曼光譜的應(yīng)用領(lǐng)域；同時(shí)可有效擴(kuò)大聚焦光斑的數(shù)目，提高拉曼光譜的采集效率，進(jìn)行高速顯微拉曼測(cè)量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的基于微透鏡陣列的多焦點(diǎn)式拉曼光譜采集儀的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；

其中，1是激光器；2是第一匯聚透鏡；3是針孔；4是第二匯聚透鏡；5是第一微透鏡陣列；6是第二微透鏡陣列；7是分束鏡；8是第三匯聚透鏡；9是顯微鏡頭；10是待測(cè)樣品；11是光纖；12是ccd型光譜儀；13橫軸方向掃描器；14縱軸方向掃描器。

圖2是照射在待測(cè)樣品10上光斑的示意圖；

其中，黑點(diǎn)代表在樣品上的匯聚光斑。

圖3是光纖11的示意圖。

其中，a面是輸入端；b面是輸出端；每一個(gè)黑點(diǎn)代表一束光纖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

實(shí)施例1

一種基于微透鏡陣列的多焦點(diǎn)式拉曼光譜采集儀，參見圖1，該多焦點(diǎn)式拉曼光譜采集儀主要具有兩種功能：分別是低入射光功率拉曼光譜檢測(cè)與高速顯微拉曼測(cè)量。

其中，儀器光路簡(jiǎn)圖如圖1所示，對(duì)比普通拉曼光譜儀，可以將一個(gè)匯聚光斑分散成多個(gè)聚焦光斑，并根據(jù)采集信號(hào)目的的不同，后期采用不同的信號(hào)處理方式。

按照?qǐng)D1所示搭建采集儀，根據(jù)待測(cè)樣品10和采樣要求的不同選擇不同強(qiáng)度的輸入激光，選取參數(shù)匹配的第一微透鏡陣列5和第二微透鏡陣列6與光纖11進(jìn)行拉曼信號(hào)的采集，即以矩形的形式在待測(cè)樣品10表面采集信號(hào)，通過光纖11的傳輸，再以線形的形式將待測(cè)樣品10的拉曼信號(hào)輸入ccd型光譜儀12。

本發(fā)明實(shí)施例在實(shí)現(xiàn)不同功能時(shí)選用不同的算法。

1、實(shí)現(xiàn)低光功率拉曼光譜檢測(cè)時(shí)，即想要降低聚焦高強(qiáng)度光斑對(duì)待測(cè)樣品10的損壞，將采集得到的n組拉曼信號(hào)進(jìn)行疊加，最終得到一組信號(hào)，即為待測(cè)樣品10的拉曼信號(hào)；

2、實(shí)現(xiàn)高速顯微拉曼測(cè)量時(shí)，則一次測(cè)量就可以得到待測(cè)樣品10表面上不同位置的n組拉曼信號(hào)，再進(jìn)行平面掃描并多次測(cè)量光譜，從而得到待測(cè)樣品10感興趣區(qū)域的顯微拉曼信號(hào)。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例通過在傳統(tǒng)拉曼光譜采集儀中引入微透鏡陣列，可使聚焦在待測(cè)樣品10上的光斑能量分散，降低聚焦高強(qiáng)度光斑對(duì)待測(cè)樣品10的損壞，從而擴(kuò)大拉曼光譜的應(yīng)用領(lǐng)域；同時(shí)可有效擴(kuò)大聚焦光斑的數(shù)目，提高拉曼光譜的采集效率。

實(shí)施例2

下面結(jié)合圖1、圖2和圖3對(duì)實(shí)施例1中的方案進(jìn)行進(jìn)一步地介紹，詳見下文描述：

本發(fā)明實(shí)施例提出了一種基于微透鏡陣列的多焦點(diǎn)式拉曼光譜采集儀，對(duì)比普通拉曼光譜采集儀，有著降低聚焦高強(qiáng)度光斑對(duì)待測(cè)樣品10的損壞、以及提高拉曼光譜的采集效率這兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，具體實(shí)施方式如下：

儀器光路簡(jiǎn)圖如圖1所示。首先，選擇頻率合適的激光器1，發(fā)出的激光經(jīng)過第一匯聚透鏡2、針孔3、第二匯聚透鏡4變成較寬的激光束，其光束寬度與第一微透鏡陣列5、第二微透鏡陣列6相吻合。

第一微透鏡陣列5、第二微透鏡陣列6的參數(shù)相同，入射激光通過第一微透鏡陣列5進(jìn)行分束匯聚，再經(jīng)過第三匯聚透鏡8和顯微鏡頭9的光路調(diào)整，最后光斑以圖2形式照射在待測(cè)樣品10上。

激發(fā)出的拉曼信號(hào)沿光路返回，其中待測(cè)樣品10表面與光纖11的輸入接頭呈共軛關(guān)系，拉曼信號(hào)以同圖2的分布形式照射在光纖11的輸入端，設(shè)計(jì)匹配的光纖11的接頭如圖3所示，不同位置的拉曼信號(hào)沿光纖11中不同的纖芯進(jìn)行傳導(dǎo)，光纖11的輸出端為線形排布，即輸出的拉曼信號(hào)以線形照射進(jìn)ccd型光譜儀12中。

在光譜測(cè)量過程中，可以通過對(duì)橫軸掃描器13、縱軸掃描器14的調(diào)節(jié)，來完成光斑在待測(cè)樣品10表面的移動(dòng)，從而在不移動(dòng)待測(cè)樣品10的條件下，完成對(duì)待測(cè)樣品10表面不同位置拉曼信號(hào)的測(cè)量。

本發(fā)明實(shí)施例根據(jù)選取的功能不同，采用不同的信號(hào)處理方式。

1、假設(shè)本發(fā)明實(shí)施例選用具有n個(gè)小透鏡的第一微透鏡陣列5、第二微透鏡陣列6，即可以得到n組待測(cè)樣品10上不同位置的拉曼信號(hào)。

2、實(shí)現(xiàn)低入射光功率拉曼光譜檢測(cè)時(shí)，即想要降低聚焦高強(qiáng)度光斑對(duì)待測(cè)樣品10的損壞，可以降低入射激光強(qiáng)度直到安全范圍，即此時(shí)的激光強(qiáng)度不會(huì)損壞待測(cè)樣品10，將采集得到的n組拉曼信號(hào)進(jìn)行疊加，最終得到一組信號(hào)，即為待測(cè)樣品10的拉曼信號(hào)。

3、實(shí)現(xiàn)高速顯微拉曼測(cè)量時(shí)，則使用正常強(qiáng)度的入射激光，一次測(cè)量就可以得到待測(cè)樣品10表面上不同位置的n組拉曼信號(hào)，再設(shè)定采集拉曼信號(hào)的范圍與步長(zhǎng)，依照參數(shù)對(duì)待測(cè)樣品10平面進(jìn)行掃描與拉曼信號(hào)的采集，從而得到待測(cè)樣品10感興趣區(qū)域的顯微拉曼信號(hào)。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例通過在傳統(tǒng)拉曼光譜采集儀中引入微透鏡陣列，可使聚焦在待測(cè)樣品10上的光斑能量分散，降低聚焦高強(qiáng)度光斑對(duì)待測(cè)樣品10的損壞，從而擴(kuò)大拉曼光譜的應(yīng)用領(lǐng)域；同時(shí)可有效擴(kuò)大聚焦光斑的數(shù)目，提高拉曼光譜的采集效率。

本發(fā)明實(shí)施例對(duì)各器件的型號(hào)除做特殊說明的以外，其他器件的型號(hào)不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，上述本發(fā)明實(shí)施例序號(hào)僅僅為了描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。