一種具有角分辨能力的共焦顯微拉曼光譜儀的製作方法
2023-07-11 16:48:11 2
一種具有角分辨能力的共焦顯微拉曼光譜儀的製作方法
【專利摘要】一種具有角分辨能力的共焦顯微拉曼光譜儀，涉及拉曼光譜儀。設有顯微物鏡、低通濾光片、高通濾光片、反射鏡、分束鏡、可調光闌、準直透鏡、光纖以及相應的雷射光源、光譜信號檢測器、照明光源和CCD攝像機；雷射光源發出的光經光纖、準直透鏡、高通濾光片和低通濾光片進入顯微物鏡，沿水平方向左右移動高通濾光片可以調整入射平行光束的位置，從而調節到達樣品表面的激發光角度；第1可調光闌可以控制入射平行光束的孔徑，沿水平方向左右移動反射鏡可以調整出射平行光束的位置，從而調節從樣品表面收集拉曼散射光的角度；第2可調光闌可以控制拉曼散射光束的孔徑，同時通過照明光源、分束鏡和CCD攝像機可以對樣品成像。
【專利說明】一種具有角分辨能力的共焦顯微拉曼光譜儀
【技術領域】
[0001]本發明涉及拉曼光譜儀，尤其是涉及一種具有角分辨能力的共焦顯微拉曼光譜儀，可用於對樣品進行不同角度的激發和不同角度的拉曼散射測量，同時可以實現對樣品的實時觀測以及拉曼光譜的低成本共焦顯微測試。
【背景技術】
[0002]在表面增強拉曼光譜(SERS)、表面等離共振(SPR)、電化學過程等研究中，拉曼光譜是一種常用技術。在亞微米-納米尺度的表面結構上進行拉曼光譜測量時，結構本身特性與入射光的激發方向、拉曼散射的方向等特性有密切聯繫。現有的顯微拉曼光譜檢測儀均採用透射/反射式光路結構，入射雷射與拉曼散射光在顯微物鏡的物方共光路，無法測量拉曼散射的角度特性，如中國專利201110288486.X公開一種包括顯微共焦拉曼模塊和與之匹配的單光柵光譜儀的顯微共焦拉曼光譜儀。全內反射螢光顯微技術(TIRF)雖然具有一定的變角度激發能力，但均採用平行光激發方法，不具備微區分析能力，同時也沒有變角度收集拉曼散射的功能，如中國專利200580037869.2公開一種全內反射螢光顯微鏡。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在於提供一種具有角分辨能力的共焦顯微拉曼光譜儀。
[0004]本發明設有顯微物鏡、低通濾光片、高通濾光片、反射鏡、分束鏡、第I可調光闌、第2可調光闌、第I準直透鏡、第2準直透鏡、入射光纖、出射光纖、雷射光源、光譜信號檢測器、照明光源、CCD攝像機、第I移動平臺和第2移動平臺；
[0005]所述低通濾光片設在顯微物鏡正上方光路中，低通濾光片的截止波長小於入射雷射波長，低通濾光片與顯微物鏡的主光軸成45°角，從而將主光軸偏轉90° ;高通濾光片和反射鏡設在低通濾光片右方的光路中，高通濾光片和反射鏡與光軸成45°角；高通濾光片的截止波長略高於入射雷射波長，在高通濾光片和反射鏡上方分別設置第I可調光闌、第2可調光闌、第I準直透鏡、第2準直透鏡、入射光纖、出射光纖以及相應的雷射光源和光譜信號檢測器；雷射光源發出的雷射經由入射光纖的端面出射後，經第I準直透鏡成為平行光束，由第I可調光闌調節光束孔徑，經過高通濾光片和低通濾光片的兩次反射後，由顯微物鏡匯聚至樣品的表面，從而激發拉曼散射光；所述高通濾光片安裝在第I移動平臺上，可在計算機控制下，沿光軸方向左右移動，使得到達顯微物鏡入瞳的平行激發光束的位置發生改變，從而調整入射雷射的角度，第I可調光闌可以改變孔徑大小，從而調整入射雷射的孔徑;
[0006]入射光纖和出射光纖的端面分別位於第I準直透鏡和第2準直透鏡的焦點上，入射雷射和收集的拉曼散射光均為平行光束；同時入射光纖和出射光纖的端面起到小孔光闌的作用，入射光纖和出射光纖的端面與物體表面光斑實現共焦檢測，減少雜散光的幹擾；
[0007]在低通濾光片的上方設有分束鏡、中繼鏡頭和CCD攝像機，分束鏡與光軸成45°角，在分束鏡的左方設置短波長照明光源，其波長小於低通濾光片的截止波長，避免對拉曼散射光造成幹擾；分束鏡將照明光源發出的光反射至樣品的表面進行照明；顯微物鏡和中繼鏡頭可將樣品表面成像至CXD攝像機上。
[0008]所述顯微物鏡可採用大數值孔徑的顯微物鏡。
[0009]所述高通濾光片可採用商用拉曼濾光片。
[0010]本發明由大數值孔徑的顯微物鏡、低通濾光片、高通濾光片、反射鏡、分束鏡、可調光闌、準直透鏡、光纖以及相應的雷射光源、光譜信號檢測器、照明光源和CCD攝像機構成。雷射光源發出的光經光纖、準直透鏡、高通濾光片和低通濾光片進入顯微物鏡。沿水平方向左右移動高通濾光片可以調整入射平行光束的位置，從而調節到達樣品表面的激發光角度；第I可調光闌可以控制入射平行光束的孔徑。沿水平方向左右移動反射鏡可以調整出射平行光束的位置，從而調節從樣品表面收集拉曼散射光的角度；第2可調光闌可以控制拉曼散射光束的孔徑。同時通過照明光源、分束鏡和CCD攝像機可以對樣品成像。本發明可以在顯微物鏡數值孔徑允許的範圍內，獨立調整入射光和收集拉曼散射光的角度與孔徑，可對樣品進行不同度的激發和拉曼光譜測量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為本發明實施例的原理圖。
[0012]圖2為本發明實施例的結構組成示意圖。
【具體實施方式】
[0013]如圖1和2所示，本發明提供一種具有角分辨能力的共焦顯微拉曼光譜儀。該光譜儀主要由大數值孔徑的顯微物鏡2、低通濾光片3、高通濾光片8、反射鏡13、分束鏡4、第I可調光闌9、第2可調光闌14、第I準直透鏡10、第2準直透鏡15、入射光纖11、出射光纖16以及相應的雷射光源12、光譜信號檢測器17、照明光源5、(XD攝像機7和第I移動平臺
18、第2移動平臺19構成。
[0014]顯微物鏡2正上方光路中分別布置低通濾光片3，其截止波長小於入射雷射波長，與顯微物鏡2的主光軸成45°角，從而將主光軸偏轉90° ;在低通濾光片3右方的光路中分別布置高通濾光片8和反射鏡13，它們都與光軸成45°角。高通濾光片8的使用商用拉曼濾光片，截止波長略高於入射雷射波長。
[0015]在高通濾光片8和反射鏡13上方分別布置第I可調光闌9、第2可調光闌14、第I準直透鏡10、第2準直透鏡15、入射光纖11、出射光纖16以及相應的雷射光源12和光譜信號檢測器17。雷射光源12發出的雷射經由入射光纖11的端面出射後，經第I準直透鏡10成為平行光束，由第I可調光闌9調節光束孔徑，經過高通濾光片8和低通濾光片3的兩次反射後，由顯微物鏡2匯聚至樣品I的表面，從而激發拉曼散射光。
[0016]高通濾光片8安裝在第I移動平臺18上，可在計算機20控制下，沿光軸方向左右移動，使得到達顯微物鏡2入瞳的平行激發光束的位置發生改變，從而調整入射雷射的角度。移動範圍由顯微物鏡2的入瞳大小確定。第I可調光闌9可以改變孔徑大小，從而調整入射雷射的孔徑。
[0017]拉曼散射光經過低通濾光片3的反射後偏轉，通過高通濾光片8，由反射鏡13反射至第2可調光闌14，並由第2準直透鏡15聚焦至出射光纖16的端面，由光譜信號檢測器17分析拉曼散射光的光譜。反射鏡13安裝在第2移動平臺19上，可在計算機20控制下，沿光軸方向左右移動，使到達第2可調光闌14的平行光束的位置發生改變，從而只收集某一特定角度的拉曼散射光進入光譜信號檢測器17。同時第2可調光闌14可以改變孔徑大小，從而調整收集拉曼散射光的孔徑。
[0018]入射光纖11和出射光纖16的端面分別位於第I準直透鏡10和第2準直透鏡15的焦點上，入射雷射和收集的拉曼散射光均為平行光束；同時入射光纖11和出射光纖16的端面起到小孔光闌的作用，入射光纖11和出射光纖16的端面和物體表面光斑實現共焦檢測，減少雜散光的幹擾。
[0019]在低通濾光片3的上方布置有分束鏡4、中繼鏡頭6和CXD攝像機7，分束鏡4與光軸成45°角，在分束鏡4的左方布置短波長照明光源5，其波長小於低通濾光片3的截止波長，避免對拉曼散射光造成幹擾。分束鏡4將照明光源5發出的光反射至樣品I的表面進行照明；顯微物鏡2和中繼鏡頭6可將樣品表面成像至CXD攝像機7上。
【權利要求】
1.一種具有角分辨能力的共焦顯微拉曼光譜儀，其特徵在於設有顯微物鏡、低通濾光片、高通濾光片、反射鏡、分束鏡、第I可調光闌、第2可調光闌、第I準直透鏡、第2準直透鏡、入射光纖、出射光纖、雷射光源、光譜信號檢測器、照明光源、CCD攝像機、第I移動平臺和第2移動平臺； 所述低通濾光片設在顯微物鏡正上方光路中，低通濾光片與顯微物鏡的主光軸成45°角；高通濾光片和反射鏡設在低通濾光片右方的光路中，高通濾光片和反射鏡與光軸成45°角；在高通濾光片和反射鏡上方分別設置第I可調光闌、第2可調光闌、第I準直透鏡、第2準直透鏡、入射光纖、出射光纖以及相應的雷射光源和光譜信號檢測器；雷射光源發出的雷射經由入射光纖的端面出射後，經第I準直透鏡成為平行光束，由第I可調光闌調節光束孔徑，經過高通濾光片和低通濾光片的兩次反射後，由顯微物鏡匯聚至樣品的表面，從而激發拉曼散射光；所述高通濾光片安裝在第I移動平臺上； 入射光纖和出射光纖的端面分別位於第I準直透鏡和第2準直透鏡的焦點上，入射雷射和收集的拉曼散射光均為平行光束； 在低通濾光片的上方設有分束鏡、中繼鏡頭和CCD攝像機，分束鏡與光軸成45°角，在分束鏡的左方設置短波長照明光源；分束鏡將照明光源發出的光反射至樣品的表面進行照明；顯微物鏡和中繼鏡頭將樣品表面成像至CXD攝像機上。
2.如權利要求1所述一種具有角分辨能力的共焦顯微拉曼光譜儀，其特徵在於所述顯微物鏡採用大數值孔徑的顯微物鏡。
3.如權利要求1所述一種具有角分辨能力的共焦顯微拉曼光譜儀，其特徵在於所述高通濾光片採用拉曼濾光片。
【文檔編號】G01N21/65GK103743720SQ201410023685
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月20日 優先權日:2014年1月20日
【發明者】王磊, 張良, 林春, 張偉, 任斌 申請人:廈門大學