時間分辨拉曼光譜儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了時間分辨拉曼光譜儀，包括光纖皮秒激光發(fā)射器、激光出射光路和分束器；分束器分出的第一光束進(jìn)入第一光電探測器，第一光電探測器發(fā)出的信號經(jīng)延時器后作為第二光電探測器的觸發(fā)信號；分束器分出的第二光束通過陷波濾光片、第一聚焦透鏡聚焦到待測樣品上，待測樣品發(fā)出的拉曼散射光經(jīng)第一聚焦透鏡、陷波濾光片和第二聚焦透鏡后進(jìn)入光譜儀。本實用新型提供的時間分辨拉曼光譜儀，通過設(shè)置延時時間，可檢測透明固體內(nèi)層物質(zhì)的成分。
【專利說明】
時間分辨拉曼光譜儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及輸送設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種時間分辨拉曼光譜儀。
【背景技術(shù)】
[0002]激光拉曼光譜是一項重要的現(xiàn)代分子光譜技術(shù)，是研究物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的強(qiáng)有力工具，已應(yīng)用于物理、化學(xué)、材料、生物、環(huán)境和能源等領(lǐng)域中，拉曼光譜分析法是基于拉曼散射的特有效應(yīng)，對于入射光頻率不同的散射光譜進(jìn)行分析以得到分子振動、轉(zhuǎn)動方面信息，并應(yīng)用于分子結(jié)構(gòu)研究的一種分析方法。由于拉曼信號強(qiáng)度正比于激發(fā)激光頻率的四次方，紫外激光激發(fā)拉曼信號效率更高，而且合適的紫外激光激發(fā)可以完全避免熒光本底的干擾。與可見光和近紅外激光器相比，紫外激光器是是拉曼光譜分析儀的更理想激發(fā)波長。但是市場上通常使用的單頻紫外激光器倍頻效率低，激光器系統(tǒng)體積很大，而且無法做到時間分辨。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型目的是提供一種時間分辨拉曼光譜儀，其結(jié)構(gòu)簡單，可對透明固定內(nèi)部的成分進(jìn)行有效分析。
[0004]基于上述問題，本實用新型提供的技術(shù)方案是:
[0005]時間分辨拉曼光譜儀，包括光纖皮秒激光發(fā)射器、激光出射光路和分束器；
[0006]所述分束器分出的第一光束的出射光路上設(shè)有依次電連接的第一光電探測器、延時器和第二光電探測器，所述第一光束進(jìn)入所述第一光電探測器，所述第一光電探測器發(fā)出的信號經(jīng)所述延時器后作為所述第二光電探測器的觸發(fā)信號；
[0007]所述分束器分出的第二光束的出射光路上設(shè)有陷波濾光片、第一聚焦透鏡和待測樣品，所述待測樣品發(fā)出的拉曼散射光出射光路上設(shè)置所述第一聚焦透鏡、陷波濾光片、第二聚焦透鏡和光譜儀，所述第二光電探測器設(shè)置在所述光譜儀光譜信號出射端，所述第二光束通過所述陷波濾光片、第一聚焦透鏡聚焦到待測樣品上，待測樣品發(fā)出的拉曼散射光經(jīng)所述第一聚焦透鏡、陷波濾光片和第二聚焦透鏡后進(jìn)入所述光譜儀。
[0008]進(jìn)一步的，所述激光出射光路上依次設(shè)有光纖放大器和倍頻光路，激光經(jīng)所述倍頻光路改變頻率后入射至所述分束器。
[0009]進(jìn)一步的，所述光纖皮秒激光器的種子源波長為970?985nm，脈沖長度為I?50pso
[0010]進(jìn)一步的，所述倍頻光路包括二倍頻光路和/或三倍頻光路和/或四倍頻光路，所述二倍頻光路上設(shè)置一個二倍頻晶體，所述三倍頻光路上設(shè)置一個三倍頻晶體，所述四倍頻光路上串聯(lián)設(shè)置兩個二倍頻晶體，當(dāng)所述倍頻光路包括兩個以上光路時，各光路之間通過光開關(guān)選擇。
[0011]進(jìn)一步的，所述分束器與所述陷波濾光片之間設(shè)有第一反射鏡和第二反射鏡，所述第二光束經(jīng)所述第一反射鏡和所述第二反射鏡后射入所述陷波濾光片。
[0012]進(jìn)一步的，所述光譜儀與所述第二光電探測器之間設(shè)有信號增強(qiáng)器。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點是:
[0014]1、采用本實用新型的技術(shù)方案，激光出射光路經(jīng)分束器分出兩條光束，其中一光束進(jìn)入第一光電探測器，第一光電探測器發(fā)出的信號經(jīng)延時器延時后作為光譜儀后第二光電探測器的觸發(fā)信號，另一光束則經(jīng)陷波濾光片和第一聚焦透鏡入射至待測樣品上，待測樣品發(fā)出的拉曼散射光經(jīng)第一聚焦透鏡、陷波濾光片和第二聚焦透鏡后進(jìn)入光譜儀，光譜儀分出的光譜信號被第二光電探測器探測，當(dāng)需要測定透明固體內(nèi)部成分時，首先測定延時為零的拉曼光譜，此光譜對應(yīng)的是透明固體表層物質(zhì)的拉曼光譜，然后根據(jù)透明層的厚度和折射率以及內(nèi)層物質(zhì)的深度等情況，測量延時一段時間后的拉曼光譜，此時的光譜對應(yīng)內(nèi)層物質(zhì)和表層物質(zhì)的拉曼光譜的組合，扣除透明固體表層物質(zhì)的拉曼光譜后既得內(nèi)層物質(zhì)的拉曼光譜，從而實現(xiàn)對透明固體內(nèi)部成分的測定；
[0015]2、采用本實用新型進(jìn)一步的技術(shù)方案，采用皮秒光纖激光器作為種子光源，種子光源再采用光纖放大技術(shù)，可以使光譜儀做得緊湊可靠的便攜式，價格也相對可以降低很多，便于推廣使用；
[0016]3、采用本實用新型進(jìn)一步的技術(shù)方案，通過倍頻光路可使該光譜儀采用不同的激光波段作為激發(fā)光源，使用方便，應(yīng)用范圍廣，特別是采用四倍頻的深紫外波段皮秒超快激光時，獲得的深紫外時間分辨拉曼光譜具有靈敏度高、效率高的特點。
【附圖說明】
[0017]為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0018]圖1為本實用新型時間分辨拉曼光譜儀的實施例1的光路圖；
[0019]圖2為本實用新型實施例2的光路圖；
[0020]圖3為實施例2中雙波段陷波濾光片的透射光譜示意圖；
[0021 ]圖4為待測樣品的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖5為采用實施例1時間分辨拉曼光譜儀時間延時為O時測得的透明固體表層物質(zhì)的紫外拉曼光譜；
[0023]圖6為本實用新型實施例1中時間分辨拉曼光譜儀時間延時為280皮秒時測得的透明固體內(nèi)層物質(zhì)的紫外拉曼光譜；
[0024]圖7為扣除透明固體表層物質(zhì)影響后的內(nèi)層物質(zhì)的紫外拉曼光譜圖；
[0025]圖8為作為參照的一種已知成分的爆炸物質(zhì)的紫外拉曼光譜圖；
[0026]其中:
[0027]101、待測樣品；101a、表層物質(zhì)；101b、內(nèi)層物質(zhì)；102、第一聚焦透鏡；103、陷波濾光片；104、第二聚焦透鏡；105、光譜儀；106、信號增強(qiáng)器；107、第一反射鏡；108、第二反射鏡；109、分束器；110、第一光電探測器；111、延時器；112、第二光電探測器；113、第四反射鏡；114、第三反射鏡；115、第一二倍頻晶體;116、光纖放大器；117、光纖皮秒激光器;118、第二二倍頻晶體；119、第三二倍頻晶體；120、光開關(guān)；121、第五反射鏡；122、第六反射鏡；123、 二向色鏡；124、第七反射鏡。
【具體實施方式】
[0028]以下結(jié)合具體實施例對上述方案做進(jìn)一步說明。應(yīng)理解，這些實施例是用于說明本實用新型而不限于限制本實用新型的范圍。實施例中采用的實施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做進(jìn)一步調(diào)整，未注明的實施條件通常為常規(guī)實驗中的條件。
[0029]實施例1
[0030]參見圖1，為本實用新型實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖，該時間分辨拉曼光譜儀包括光纖皮秒激光發(fā)射器117、激光出射光路和分束器109，該光纖皮秒激光器117的種子源波長為970?985nm，脈沖長度可以為l-50ps(本例中給出1ps的脈沖)，在激光出射光路上依次設(shè)有光纖放大器116和四倍頻光路，根據(jù)實際需要還可設(shè)置為二倍頻光路或三倍頻光路，四倍頻光路即在光纖放大器116的出射光路上串聯(lián)設(shè)有兩個第一二倍頻晶體115，激光經(jīng)光纖放大器116放大后經(jīng)過兩個第一二倍頻晶體115改變頻率，輸出激光波長為243?246nm、脈沖長度為10ps。
[0031]改變頻率后的激光經(jīng)第三反射鏡114和第四反射鏡113入射至分束器109，分束器109將激光分成兩束，其中第一光束的出射光路上依次電連接有第一光電探測器110、延時器111和第二光電探測器112，第一光束進(jìn)入第一光電探測器110，第一光電探測器110發(fā)出的信號經(jīng)延時器111后作為第二光電探測器112的觸發(fā)信號;第二光束的出射光路上設(shè)有第一反射鏡107、第二反射鏡108、陷波濾光片103、第一聚焦透鏡102和待測樣品101，第二光束經(jīng)第一反射鏡107和第二反射鏡108后入射至陷波濾光片103，然后經(jīng)第一聚焦透鏡102聚焦后入射至待測樣品101，待測樣品101發(fā)出的拉曼散射光出射光路上設(shè)置第一聚焦透鏡102、陷波濾光片103、第二聚焦透鏡104和光譜儀105，待測樣品101發(fā)出的拉曼散射光經(jīng)第一聚焦透鏡102、陷波濾光片103和第二聚焦透鏡104后入射至光譜儀105，光譜儀105分出的光譜信號被設(shè)置在后端的第二光電探測器112探測到。
[0032]為了進(jìn)一步優(yōu)化本實用新型的實施效果，在光譜儀105和第二光電探測器112之間還設(shè)有信號增強(qiáng)器106用于增強(qiáng)光譜儀105輸出側(cè)光譜信號。
[0033]例如檢測如圖4所示的待測樣品的成分，該待測樣品101由裝在壁厚6mm的聚乙烯容器內(nèi)的可疑物品組成，本例中時間分辨紫外拉曼光譜儀射出波長為244nm，脈沖長度為1ps的激光垂直入射到聚乙烯容器表層物質(zhì)1la上，首先測量延時為O的拉曼光譜，此時對應(yīng)的是表層物質(zhì)101的拉曼光譜，如圖5所示;然后根據(jù)表層物質(zhì)101的厚度和折射率，以及內(nèi)層物質(zhì)1lb的深度等情況，測量延時280皮秒后的拉曼光譜，此時對應(yīng)的拉曼光譜是內(nèi)層物質(zhì)1lb和表層物質(zhì)1la的拉曼光譜的組合，如圖6所示。如圖7所示，把混合光譜扣除表層物質(zhì)光譜的影響后，即可以得到內(nèi)層物質(zhì)1lb的拉曼光譜，該光譜與如圖8所示的作為對照的一種已知成分的普通炸藥二硝基甲苯的紫外拉曼光譜相似，因此可以確定可疑物品是普通炸藥二硝基甲苯。
[0034]實施例2
[0035]為了方便采用不同的激光波段作為激發(fā)光源，倍頻光路可包括二倍頻光路、三倍頻光路和四倍頻光路中的兩種光路或三種光路，各光路之間通過光開關(guān)120來選擇，如圖2所示，在本實用新型的實施例2中，其他與實施例1相同，不同之處的在于倍頻光路包括四倍頻光路和二倍頻光路，在光纖放大器116的出射光路上設(shè)有第二二倍頻晶體118、光開關(guān)120、第三二倍頻晶體119、第五反射鏡121、第六反射鏡122、二向色鏡123和第七反射鏡124。
[0036]在光開關(guān)開的光路上設(shè)置第三二倍頻晶體119和二向色鏡123，二向色鏡123對于四倍頻后的激光(波長為243?246nm)全反，激光經(jīng)第七反射鏡124后入射至分束器109;在光開關(guān)120關(guān)閉的光路上設(shè)有第五反射鏡121和第六反射鏡122，二倍頻后的激光經(jīng)第五反射鏡121和第六反射鏡122后入射至二向色鏡123，二向色鏡123對二倍頻后的激光(波長為485?493nm)全透，二向透鏡123透射出的激光經(jīng)第七反射鏡124后入射至分束器109，通過光開關(guān)120的開關(guān)可選擇紫外波段或可見波段作為激發(fā)光源，采用四倍頻的深紫外波段皮秒超快激光時，獲得的深紫外時間分辨拉曼光譜靈敏度高、效率高，具有更好的推廣價值，在本實施例中陷波濾光片103為雙波長陷波濾光片，如圖3所示，其對波長范圍為243?246nm波段及波長范圍為485?493nm波段的激發(fā)光全反，對其他波長的光全透。
[0037]上述實例只為說明本實用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人員能夠了解本實用新型的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本實用新型的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本實用新型精神實質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.時間分辨拉曼光譜儀，其特征在于:包括光纖皮秒激光發(fā)射器(117)、激光出射光路和分束器(I 09); 所述分束器(109)分出的第一光束的出射光路上設(shè)有依次電連接的第一光電探測器(110)、延時器(111)和第二光電探測器(112)，所述第一光束進(jìn)入所述第一光電探測器(110)，所述第一光電探測器(110)發(fā)出的信號經(jīng)所述延時器(111)后作為所述第二光電探測器(112)的觸發(fā)信號； 所述分束器(109)分出的第二光束的出射光路上設(shè)有陷波濾光片(103)、第一聚焦透鏡(102)和待測樣品(101)，所述待測樣品(101)發(fā)出的拉曼散射光出射光路上設(shè)置所述第一聚焦透鏡(102)、陷波濾光片(103)、第二聚焦透鏡(104)和光譜儀(105)，所述第二光電探測器(112)設(shè)置在所述光譜儀(105)光譜信號出射端，所述第二光束通過所述陷波濾光片(103)、第一聚焦透鏡(102)聚焦到待測樣品(101)上，待測樣品(101)發(fā)出的拉曼散射光經(jīng)所述第一聚焦透鏡(102)、陷波濾光片(103)和第二聚焦透鏡(104)后進(jìn)入所述光譜儀(105)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時間分辨拉曼光譜儀，其特征在于:所述激光出射光路上依次設(shè)有光纖放大器(116)和倍頻光路，激光經(jīng)所述倍頻光路改變頻率后入射至所述分束器(109)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的時間分辨拉曼光譜儀，其特征在于:所述光纖皮秒激光器的種子源波長為970?985nm，脈沖長度為I?50ps。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的時間分辨拉曼光譜儀，其特征在于:所述倍頻光路包括二倍頻光路和/或三倍頻光路和/或四倍頻光路，所述二倍頻光路上設(shè)置一個二倍頻晶體，所述三倍頻光路上設(shè)置一個三倍頻晶體，所述四倍頻光路上串聯(lián)設(shè)置兩個二倍頻晶體，當(dāng)所述倍頻光路包括兩個以上光路時，各光路之間通過光開關(guān)(120)選擇。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時間分辨拉曼光譜儀，其特征在于:所述分束器(109)與所述陷波濾光片(103)之間設(shè)有第一反射鏡(107)和第二反射鏡(108)，所述第二光束經(jīng)所述第一反射鏡(107)和所述第二反射鏡(108)后射入所述陷波濾光片(103)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時間分辨拉曼光譜儀，其特征在于:所述光譜儀(105)與所述第二光電探測器(112)之間設(shè)有信號增強(qiáng)器(106)。
【文檔編號】G01N21/65GK205426794SQ201620158864
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月2日
【發(fā)明人】傅立斌
【申請人】精快激光科技（蘇州）有限公司