一种双波长拉曼测试探头

技术领域

本发明涉及拉曼测试领域，具体涉及一种拉曼测试探头，该拉曼测试探头具有两种波长测试通道。

背景技术

拉曼检测是，当光照射到物质上时会发生散射，散射光中除了与激发光频率相同的弹性成分(瑞利线)外，还有与激发光的频率不同的成分，后者统称为拉曼线。由分子振动、固体中的光学声子等元激发与激发光相互作用产生的非弹性散射称为拉曼散射，一般把瑞利散射和拉曼散射合起来所形成的光谱称为拉曼光谱，而拉曼散射中波长小于入射光的称之为反斯托克斯线，波长变长的称为斯托克斯线，反斯托克斯线是为我们需要捕捉的拉曼信号。

拉曼探头为拉曼信号采集的关键点，拉曼探头里的二向色镜与滤光片组成筛选反斯托克斯线的重要部分。目前市面上的拉曼探头主要为单波长拉曼探头，而没有针对整合性的双波长或多波长共用的拉曼探头，现有的拉曼探头，在实现不同激发波长下的拉曼检测时，需要分别使用两条对应波长的拉曼探头，使操作变得繁琐，且无法作为集成度高的产品设备中使用。市场意向中有广泛双波长拉曼探头的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是目前市面上的拉曼探头在实现不同激发波长下的拉曼检测时，需要分别使用两条对应波长的拉曼探头，使操作变得繁琐，且无法作为集成度高的产品设备中使用。

为了解决以上技术问题，本发明提出一种双波长拉曼测试探头，包括短波激发回路和长波激发回路，短波激发回路和长波激发回路共包括四行光波通路。第一行光波通路上从左到右设置第一窄线宽滤光片和第一激光反射镜；第二行光波通路上从左到右设置第二窄线宽滤光片和第二激光反射镜；第三行光波通路上从左到右设置第三窄线宽滤光片和第一二向色镜；第四行光波通路上从左到右设置第四窄线宽滤光片、第二二向色镜和第三二向色镜。

短波激发回路为：短波从第一行光波通路射入，透射过第一窄线宽滤光片，经过第一激光反射镜反射向第三二向色镜，再反射至待测物体上，返回的激发光线透射过第三二向色镜，射向第二二向色镜，反射向第一二向色镜，再反射向第三窄线宽滤光片，透射过第三窄线宽滤光片，从第三行光波通路射出。

长波激发回路为：长波从第二行光波通路射入，透射过第二窄线宽滤光片，经过第二激光反射镜的反射，透射过第一二向色镜，直射向第二二向色镜，反射至第三二向色镜，透射过第三二向色镜并射至待测物体上，返回的激发光线透射过第三二向色镜，射向第二二向色镜，透射过第二二向色镜，从第四行光波通路射出。

上述设计集两种不同激发波长的探头于一体，实现两路不同激发波长的通道共用。

作为本发明的双波长拉曼测试探头的进一步改进，第一窄线宽滤光片的滤过波长＝第三二向色镜的截止波长＜第一二向色镜的截止波长＜第二二向色镜的截止波长＝第二窄线宽滤光片的滤过波长。

作为本发明的双波长拉曼测试探头的进一步改进的第一种方式，所述第一窄线宽滤光片为532nm窄线宽滤光片，所述第三二向色镜为532nm二向色镜，所述第一二向色镜为757nm二向色镜，所述第二二向色镜为785nm二向色镜，所述第二窄线宽滤光片为785nm窄线宽滤光片。

作为本发明的双波长拉曼测试探头的进一步改进的第二种方式，所述第一窄线宽滤光片为532nm窄线宽滤光片，所述第三二向色镜为532nm二向色镜，所述第一二向色镜为757nm二向色镜，所述第二二向色镜为1064nm二向色镜，所述第二窄线宽滤光片为1064nm窄线宽滤光片。

作为本发明的双波长拉曼测试探头的进一步改进的第三种方式，所述第一窄线宽滤光片为785nm窄线宽滤光片，所述第三二向色镜为785nm二向色镜，所述第一二向色镜为980nm二向色镜，所述第二二向色镜为1064nm二向色镜，所述第二窄线宽滤光片为1064nm窄线宽滤光片。

作为本发明的双波长拉曼测试探头的进一步改进，第一激光反射镜、第二激光反射镜、第一二向色镜、第二二向色镜和第三二向色镜相互平行，均与入射光线呈45°夹角，还可以是其他角度。当夹角为45°时，光线从左侧水平射入，透过竖直的第一窄线宽滤光片，射在倾斜45°的第一激光反射镜上，其中第一激光反射镜设在第三二向色镜的正上方，第二激光反射镜设在第一二向色镜的正上方，第一二向色镜设在第二二向色镜的正上方，第二二向色镜设在第三二向色镜的左侧，光波按上述短波激发回路和长波激发回路行进。当第一激光反射镜、第二激光反射镜、第一二向色镜、第二二向色镜和第三二向色镜相互平行，但与入射光线不呈45°夹角时，可以根据需要平移以上五面镜体，使得光波依旧在短波激发回路和长波激发回路上行进，同样能进行双波长拉曼测试。

作为本发明的双波长拉曼测试探头的进一步改进，所述拉曼测试探头还包括外壳，外壳包括主壳体和凸出于主壳体的柱体，所述柱体的轴向平行于入射光波的方向；所述柱体包括相互配合用于装载待测物体的中空柱和中空帽；所有窄线宽滤光片、所有激光反射镜和所有二向色镜均固定设置在主壳体内，主壳体内还设置各光路通道。

作为本发明的双波长拉曼测试探头的进一步改进，所述拉曼测试探头还包括四个激光准直镜，每个窄线宽滤光片外分别设置一个所述激光准直镜；在第一行和第二行的光波入射通路上，入射光波先经过激光准直镜再射入窄线宽滤光片；在第三行和第四行的光波射出通路上，光波透过窄线宽滤光片后，再从激光准直镜射出。

作为本发明的双波长拉曼测试探头的第一种方式的进一步改进，所述拉曼测试探头还包括532nm窄线宽激光器、532nm拉曼信号接收端、785nm窄线宽激光器、785nm拉曼信号接收端和多条光纤；532nm窄线宽激光器通过光纤输入光波至第一行的激光准直镜，532nm拉曼信号接收端通过光纤接收第三行的激光准直镜返回的拉曼信号；785nm窄线宽激光器通过光纤输入光波至第二行的激光准直镜，785nm拉曼信号接收端通过光纤接收第四行的激光准直镜(12)返回的拉曼信号。

作为本发明的双波长拉曼测试探头的第一种方式的进一步改进，532nm窄线宽激光器连接的光纤和532nm拉曼信号接收端连接的光纤集束在一根管内，785nm窄线宽激光器连接的光纤和785nm拉曼信号接收端连接的光纤集束在另一根管内。

本发明的有益效果是：在不影响光能量的情况下，将两种波长光轴融合到同一通道，利用3个不同波长的二向色镜控制指定波长光的反射与透射，使两种不同波长的激光在同一光轴上，进行对待测物拉曼信号的获取，高效实现双波长拉曼检测。

附图说明

图1为本发明的双波长拉曼测试探头的短波激发回路示意图。

图2为本发明的双波长拉曼测试探头的长波激发回路示意图。

图3为本发明的双波长拉曼测试探头的外部结构示意图。

附图标记：第一窄线宽滤光片1，第二窄线宽滤光片2，第三窄线宽滤光片3，第四窄线宽滤光片4，第一激光反射镜5，第二激光反射镜6，第一二向色镜7，第二二向色镜8，第三二向色镜9，待测物体10，外壳11，主壳体111，中空柱112，中空帽113，激光准直镜12，光纤13。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细介绍。

请参阅图1和图2，本发明提供一种双波长拉曼测试探头，包括短波激发回路(如图1)和长波激发回路(如图2)，短波激发回路和长波激发回路共包括四行光波通路。第一行光波通路上从左到右设置第一窄线宽滤光片1和第一激光反射镜5；第二行光波通路上从左到右设置第二窄线宽滤光片2和第二激光反射镜6；第三行光波通路上从左到右设置第三窄线宽滤光片3和第一二向色镜7；第四行光波通路上从左到右设置第四窄线宽滤光片4、第二二向色镜8和第三二向色镜9。其中，四个窄线宽滤光片均直立设置，第一激光反射镜5、第二激光反射镜6、第一二向色镜7、第二二向色镜8和第三二向色镜9相互平行，且均与入射光线呈45°夹角。

由于二向色镜原理，二向色镜对大于二向色镜截止波长光几乎完全透射，二向色镜几乎完全反射小于其截止波长的光，因而为了实现本发明的光路设计，设置第一窄线宽滤光片1的滤过波长＝第三二向色镜9的截止波长＜第一二向色镜7的截止波长＜第二二向色镜8的截止波长＝第二窄线宽滤光片2的滤过波长。在本发明的第一种实施方式中，所述第一窄线宽滤光片1为532nm窄线宽滤光片，所述第三二向色镜9为532nm二向色镜，所述第一二向色镜7为757nm二向色镜，所述第二二向色镜8为785nm二向色镜，所述第二窄线宽滤光片2为785nm窄线宽滤光片。

所述拉曼测试探头还包括四个激光准直镜12，每个窄线宽滤光片外分别设置一个所述激光准直镜12。透射式准直镜用在光束传递系统中，以维持激光谐振腔和聚焦光学元件之间的光束的准直性。在第一行和第二行的光波入射通路上，入射光波先经过激光准直镜12再射入窄线宽滤光片；在第三行和第四行的光波射出通路上，光波透过窄线宽滤光片后，再从激光准直镜12射出。

所述拉曼测试探头还包括532nm窄线宽激光器、532nm拉曼信号接收端、785nm窄线宽激光器、785nm拉曼信号接收端和多条光纤13。532nm窄线宽激光器通过光纤输入光波至第一行的激光准直镜12，532nm拉曼信号接收端通过光纤接收第三行的激光准直镜12返回的拉曼信号。532nm窄线宽激光器连接的光纤和532nm拉曼信号接收端连接的光纤集束在一根管内。785nm窄线宽激光器通过光纤输入光波至第二行的激光准直镜12，785nm拉曼信号接收端通过光纤接收第四行的激光准直镜12返回的拉曼信号。785nm窄线宽激光器连接的光纤和785nm拉曼信号接收端连接的光纤集束在另一根管内。

短波激发回路如图1所示，第一行光波通路中，532nm窄线宽激光器通过光纤13输入光波，光波通过激光准直镜12，再透射过532nm的第一窄线宽滤光片1，532nm激光穿过532nm窄线宽滤光片后能有效降低杂散光。光波射向第一激光反射镜5，经过第一激光反射镜5反射向第三二向色镜9，第三二向色镜9为532nm二向色镜。由于二向色镜原理，第三二向色镜9对大于532nm波长光几乎完全透射，几乎完全反射小于532nm波长的光，532nm光波在，第三二向色镜9处几乎完全反射至待测物体10上。激发光线在待测物体10上发生散射，第三二向色镜9会接收到斯托克斯线与反斯托克斯线，由于二向色镜原理，只有反斯托克斯线能几乎完全透过532nm第三二向色镜9，透射过第三二向色镜9的激发光射向第二二向色镜8。由于第二二向色镜8为785nm二向色镜，由于532nm激发波长的拉曼信号波长是大于532nm且小于785nm的，拉曼信号在785nm第二二向色镜8上几乎完全反射到第一二向色镜7，第一二向色镜7为757nm二向色镜，再一次通过二向色镜原理反射到第三窄线宽滤光片3，透射过第三窄线宽滤光片3，从第三行光波通路射出；532nm拉曼信号接收端接收到532nm激发波的拉曼信号，由分析系统进行光谱分析。

长波激发回路如图2所示，同样的，第二行光波通路中，785nm窄线宽激光器通过光纤输入785nm长波，透射过785nm的第二窄线宽滤光片2，经过第二激光反射镜6反射到第一二向色镜7，由于入射波长785nm大于757nm，入射光几乎能全部透射过757nm第一二向色镜7打在第二二向色镜8上，同样的785nm激光无法透射785nm第二二向色镜8，再次进行反射且透射532nm第三二向色镜9打在待测物10上。经过拉曼散射回来的反斯托克斯线透射第三二向色镜9，射向第二二向色镜8。由于785nm激发波长的拉曼信号波长是大于785nm的，故拉曼波透射过第二二向色镜8，从第四行光波通路射出，785nm拉曼信号接收端接收到785nm激发波的拉曼信号，交由分析系统进行光谱分析。

如图3所示，所述拉曼测试探头还包括外壳11，外壳11包括主壳体111和凸出于主壳体的柱体，所述柱体的轴向平行于入射光波的方向；所述柱体包括相互配合用于装载待测物体10的中空柱112和中空帽113；所有窄线宽滤光片、所有激光反射镜和所有二向色镜均固定设置在主壳体111内，主壳体内还设置各光路通道。

以上短波和长波的激发回路共用三个不同截止波长的二向色镜，即系统只用了一个采集通道，利用3个不同波长的二向色镜控制指定波长光的反射与透射，在不影响光能量的情况下，使两种不同波长的激光融合在同一光轴上，进行对待测物拉曼信号的获取，克服了原有技术在多波长测试时需要两个甚至更多的拉曼探头、在集成化和便捷上都十分不利的问题。本发明通过光学结构设计，设计共轴拉曼探头能有效融合二个或者多个不同激发波长的拉曼探头。

本发明的双波长拉曼测试探头适用于任意两种波长的拉曼检测，例如，本发明除了上述第一种实施方式外，还可以有以下实施方式。

本发明的双波长拉曼测试探头的第二种实施方式，与第一种实施方式唯一不同的是，所述第一窄线宽滤光片1为532nm窄线宽滤光片，所述第三二向色镜9为532nm二向色镜，所述第一二向色镜7为757nm二向色镜(取532nm和1064nm之间的任意值亦可)，所述第二二向色镜8为1064nm二向色镜，所述第二窄线宽滤光片2为1064nm窄线宽滤光片，相应的，还有532nm窄线宽激光器、532nm拉曼信号接收端、1064nm窄线宽激光器、1064nm拉曼信号接收端。

本发明的双波长拉曼测试探头的第三种实施方式，与第一种实施方式唯一不同的是，所述第一窄线宽滤光片1为785nm窄线宽滤光片，所述第三二向色镜9为785nm二向色镜，所述第一二向色镜7为980nm二向色镜(取785nm和1064nm之间的任意值亦可)，所述第二二向色镜8为1064nm二向色镜，所述第二窄线宽滤光片2为1064nm窄线宽滤光片，相应的，还有785nm窄线宽激光器、785nm拉曼信号接收端、1064nm窄线宽激光器、1064nm拉曼信号接收端。