CN222013318U - 三波长拉曼测试探头 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种三波长拉曼测试探头，该三波长拉曼测试探头包括：激光发射模块、信号接收模块、光谱分光模块和探头管，激光发射模块包括第一激光发射端、第二激光发射端和第三激光发射端。信号接收模块，包括第一信号接收端、第二信号接收端和第三信号接收端。光谱分光模块，包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第一分光片、第二分光片、第三分光片、第四分光片、第一二向色镜、第二二向色镜和第三二向色镜。探头管，位于第三反射镜的第二方向上，探头管用于将光线聚焦于样品上。该三波长拉曼测试探头能够在一套设备中实现三种不同激发波长的拉曼检测，使得在进行三波长的拉曼检测时，操作上较为简单，设备成本较低，有利于嵌入生产设备中。

Description

三波长拉曼测试探头

技术领域

本公开涉及拉曼测试技术领域，具体而言，涉及一种三波长拉曼测试探头。

背景技术

拉曼散射是指一定频率的激光照射到样品表面时，物质中的分子与光子发生能量转移，振动态发生不同方式和程度的改变，然后散射出不同频率的光的现象。若散射光线波长大于入射光线的波长，被称为斯托克斯线，若散射光线波长小于入射光线的波长，则被称为反斯托克斯线。拉曼测试是一种通过采集斯托克斯线或反斯托克斯线，分析样品散射光谱中的频移信息，揭示样品的分子结构和化学组成的科学测试。

公开号为CN214408697U的中国实用新型专利公开了一种双波长拉曼测试探头，该双波长拉曼测试探头利用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，高效实现双波长拉曼检测。然而，目前市面上广泛使用532nm、785nm和1064nm三种规格的波长作为拉曼检测的激发波长，通过三波长的拉曼测试，可以获取更加丰富的拉曼光谱信息，从而提高拉曼测试的准确性和可靠性，需要实现三种不同激发波长下的拉曼检测时，即使在使用该双波长拉曼测试探头的情况下，也还需要另一套设备才能完成第三种波长的检测，操作上较为繁琐，且不利于降低成本。

实用新型内容

本公开的目的在于提供一种三波长拉曼测试探头，以解决相关技术中双波长拉曼测试探头无法进行三种波长拉曼测试的问题。

为解决上述技术问题，本公开采用如下技术方案。

本公开提供一种三波长拉曼测试探头，该三波长拉曼测试探头包括：激光发射模块，包括第一激光发射端、第二激光发射端和第三激光发射端；信号接收模块，包括第一信号接收端、第二信号接收端和第三信号接收端；光谱分光模块，包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第一分光片、第二分光片、第三分光片、第四分光片、第一二向色镜、第二二向色镜和第三二向色镜；所述第一反射镜对应于第一激光发射端，所述第一分光片对应于所述第二激光发射端，所述第二分光片对应于所述第三激光发射端，所述第一二向色镜对应于所述第一信号接收端，所述第二二向色镜对应于所述第二信号接收端，所述第三二向色镜对应于所述第三信号接收端，且所述第一反射镜、第一分光片、第二分光片、第一二向色镜、第二二向色镜和所述第三二向色镜沿第一方向依次并列设置，所述第二反射镜位于所述第一二向色镜的第二方向上，所述第三分光片位于所述第二二向色镜的第二方向上，所述第四分光片位于所述第三二向色镜的第二方向上，所述第二反射镜、第三分光片、第四分光片和所述第三反射镜沿所述第一方向依次并列设置；探头管，位于所述第三反射镜的第二方向上，所述探头管用于将光线聚焦于样品上。

本申请一些实施例，所述第一激光发射端、第二激光发射端和所述第三激光发射端分别发出波长为第一波长、第二波长和第三波长的激光；所述第一分光片被配置为波长小于或等于第一波长的激光通过所述第一分光片被透射，波长大于或者等于第二波长的激光通过所述第一分光片被反射；所述第二分光片被配置为波长小于或等于第二波长的激光通过所述第二分光片被透射，波长大于或者等于第三波长的激光通过所述第二分光片被反射；所述第三分光片被配置为波长小于或等于第四波长的激光通过所述第三分光片被透射，波长大于或者等于第二波长的激光通过所述第三分光片被反射；所述第四分光片被配置为波长小于或等于第二波长的激光通过所述第三分光片被透射，波长大于或者等于第三波长的激光通过所述第三分光片被反射；所述第一二向色镜为第一波长二向色镜，所述第二二向色镜为第二波长二向色镜，所述第三二向色镜为第三波长二向色镜；所述第一波长、所述第四波长、所述第二波长和所述第三波长的大小依次递增。

本申请一些实施例，所述第一波长为532nm，所述第二波长为785nm，所述第三波长为1064nm，所述第四波长为633nm。

本申请一些实施例，所述第一反射镜、第一分光片、第二分光片、第一二向色镜、第二二向色镜、第三二向色镜、第二反射镜、第三分光片、第四分光片和所述第三反射镜相互平行，且均与所述第一方向呈45度夹角；所述第一方向和所述第二方向相互垂直。

本申请一些实施例，所述三波长拉曼测试探头还包括六个激光准直镜；所述第一激光发射端和所述第一反射镜之间、所述第二激光发射端和所述第一分光片之间、所述第三激光发射端和所述第二分光片之间、第一信号接收端和所述第一二向色镜之间、所述第二信号接收端和所述第二二向色镜之间以及所述第三信号接收端和所述第三二向色镜之间均设有一所述激光准直镜。

本申请一些实施例，所述光谱分光模块还包括六个窄线宽滤光片；六个所述窄线宽滤光片分别位于六个所述激光准直镜的第二方向上，且各所述窄线宽滤光片均与所述激光准直镜相邻。

本申请一些实施例，所述三波长拉曼测试探头还包括外壳，所述外壳包括沿所述第二方向依次设置的延伸管组、主体和探头外管；所述延伸管组包括第一延伸管、第二延伸管和第三延伸管，所述第一延伸管、第二延伸管和所述第三延伸管沿所述第一方向并列间隔设置；所述第一激光发射端和所述信号接收端均设于所述第一延伸管内，所述第二激光发射端和所述第二信号接收端均设于所述第二延伸管内，所述第三激光发射端和所述第三信号接收端均设于所述第三延伸管内；所述光谱分光模块设于所述外壳内；所述探头管设于所述探头外管内。

由上述技术方案可知，本公开实施例至少具有如下优点和积极效果：

本公开实施例的三波长拉曼测试探头中，三种不同波长的激光光源分别通过第一激光发射端、第二激光发射端和第三激光发射端进入光谱分光模块中，光谱分光模块中的反射镜、二向色镜和分光片共同作用，将三种不同波长的激光光信号分别引导至探头管，再由探头管聚焦到样品上，样品表面发生拉曼散射。样品表面的拉曼散射光经过探头管反向传播，进入光谱分光模块中，并分别通过对应的分光片、二向色镜和反射镜，最终到达三个信号接收端以进行下一步的信号检测。该三波长拉曼测试探头能够在一套设备中实现三种不同激发波长的拉曼检测，使得在进行三波长的拉曼检测时，操作上较为简单，设备成本较低，且高度集成化的设置有利于嵌入生产设备中。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本公开的优选实施方式的详细说明，本公开的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本公开的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。

其中：

图1是本公开一实施例的三波长拉曼测试探头的激发回路示意图。

图2是图1中的第一激光发射端激发回路示意图。

图3是图1中的第二激光发射端激发回路示意图。

图4是图1中的第三激光发射端激发回路示意图。

图5是本公开一实施例的三波长拉曼测试探头的外部结构示意图。

附图标记说明如下：11、第一激光发射端；12、第二激光发射端；13、第三激光发射端；21、第一信号接收端；22、第二信号接收端；23、第三信号接收端；31、第一反射镜；32、第二反射镜；33、第三反射镜；34、第一分光片；35、第二分光片；36、第三分光片；37、第四分光片；38、第一二向色镜；39、第二二向色镜；310、第三二向色镜；311、激光准直镜；312、窄线宽滤光片；4、探头管；5、外壳；51、延伸管组；511、第一延伸管；512、第二延伸管；513、第三延伸管；52、主体；53、探头外管；D1、第一方向；D2、第二方向。

具体实施方式

尽管本公开可以容易地表现为不同形式的实施例，但在附图中示出并且在本说明书中将详细说明的仅仅是其中一些具体实施例，同时可以理解的是本说明书应视为是本公开原理的示范性说明，而并非旨在将本公开限制到在此所说明的那样。

由此，本说明书中所指出的一个特征将用于说明本公开的一个实施例的其中一个特征，而不是暗示本公开的每个实施例必须具有所说明的特征。此外，应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的系统设计，但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此，除非另有说明，所说明的组合并非旨在限制。

在附图所示的实施例中，方向的指示(诸如上、下、左、右、前和后)用于解释本公开的各种元件的结构和运动不是绝对的而是相对的。当这些元件处于附图所示的位置时，这些说明是合适的。如果这些元件的位置的说明发生改变时，则这些方向的指示也相应地改变。

在下述实施例中，二向色镜原理为：反射小于或等于额定波长的光，透射大于额定波长的光。信号接收模块所捕捉的拉曼信号为拉曼散射中波长大于入射光波长的斯托克斯线。

请参阅图1，本公开一实施例提供的三波长拉曼测试探头主要包括激光发射模块、信号接收模块、光谱分光模块和探头管4。

激光发射模块包括第一激光发射端11、第二激光发射端12和第三激光发射端13。信号接收模块，包括第一信号接收端21、第二信号接收端22和第三信号接收端23。

光谱分光模块包括第一反射镜31、第二反射镜32、第三反射镜33、第一分光片34、第二分光片35、第三分光片36、第四分光片37、第一二向色镜38、第二二向色镜39和第三二向色镜310。第一反射镜31对应于第一激光发射端11，第一分光片34对应于第二激光发射端12，第二分光片35对应于第三激光发射端13，第一二向色镜38对应于第一信号接收端21，第二二向色镜39对应于第二信号接收端22，第三二向色镜310对应于第三信号接收端23，且第一反射镜31、第一分光片34、第二分光片35、第一二向色镜38、第二二向色镜39和第三二向色镜310沿第一方向D1依次并列设置，第二反射镜32位于第一二向色镜38的第二方向D2上，第三分光片36位于第二二向色镜39的第二方向D2上，第四分光片37位于第三二向色镜310的第二方向D2上，第二反射镜32、第三分光片36、第四分光片37和第三反射镜33沿第一方向D1依次并列设置。

探头管4位于第三反射镜33的第二方向D2上，探头管4用于将光线聚焦于样品上。

本公开实施例的三波长拉曼测试探头中，第一激光发射端11、第二激光发射端12和第三激光发射端13分别发出三种波长不同的激光，该三波长拉曼测试探头的工作原理为：

请参阅图2，第一激光发射端11发出的激光经过第一反射镜31反射向第一分光片34，透射过第一分光片34和第二分光片35，经过第一二向色镜38反射向第二反射镜32，经过第二反射镜32反射向第三分光片36，透射过第三分光片36和第四分光片37，经过第三反射镜33反射向探头管4，最后通过探头管4照射在样品上。该激光激发产生的第一拉曼信号从探头管4原路返回，经过第三反射镜33反射向第四分光片37，透射过第四分光片37和第三分光片36，经过第二反射镜32反射向第一二向色镜38，透射过第一二向色镜38进入第一信号接收端21。

请参阅图3，第二激光发射端12发出的激光经过第一分光片34反射向第二分光片35，透射过第二分光片35和第一二向色镜38，经过第二二向色镜39反射向第三分光片36，经过第三分光片36反射向第四分光片37，透射过第四分光片37，经过第三反射镜33反射向探头管4，最后通过探头管4照射在样品上。该激光激发产生的第二拉曼信号从探头管4原路返回，经过第三反射镜33反射向第四分光片37，透射过第四分光片37，经过第三分光片36反射向第二二向色镜39，透射过第二二向色镜39进入第二信号接收端22。

请参阅图4，第三激光发射端13发出的激光通过第二分光片35反射向第一二向色镜38，透射过第一二向色镜38和第二二向色镜39，经过第三二向色镜310反射向第四分光片37，第四分光片37反射向第三反射镜33，第三反射镜33反射向探头管4，最后通过探头管4照射在样品上。该激光激发产生的第三拉曼信号从探头管4原路返回，经过第三反射镜33反射向第四分光片37，经过第四分光片37反射向第三二向色镜310，透射过第三二向色镜310进入第三信号接收端23。

本公开实施例的三波长拉曼测试探头中，三种不同波长的激光光源分别通过第一激光发射端11、第二激光发射端12和第三激光发射端13进入光谱分光模块中，光谱分光模块中的反射镜、二向色镜和分光片共同作用，将三种不同波长的激光光信号分别引导至探头管4，再由探头管4聚焦到样品上，样品表面发生拉曼散射。样品表面的拉曼散射光经过探头管4反向传播，进入光谱分光模块中，并分别通过对应的分光片、二向色镜和反射镜，最终到达三个信号接收端以进行下一步的信号检测。该三波长拉曼测试探头能够在一套设备中实现三种不同激发波长的拉曼检测，使得在进行三波长的拉曼检测时，操作上较为简单，设备成本较低，且高度集成化的设置有利于嵌入生产设备中。

在本实施例中，第一激光发射端11、第二激光发射端12和第三激光发射端13分别发出波长为第一波长、第二波长和第三波长的激光。第一分光片34被配置为波长小于或等于第一波长的激光通过第一分光片34被透射，波长大于或者等于第二波长的激光通过第一分光片34被反射。第二分光片35被配置为波长小于或等于第二波长的激光通过第二分光片35被透射，波长大于或者等于第三波长的激光通过第二分光片35被反射。第三分光片36被配置为波长小于或等于第四波长的激光通过第三分光片36被透射，波长大于或者等于第二波长的激光通过第三分光片36被反射。第四分光片37被配置为波长小于或等于第二波长的激光通过第三分光片36被透射，波长大于或者等于第三波长的激光通过第三分光片36被反射。第一二向色镜38为第一波长二向色镜，第二二向色镜39为第二波长二向色镜，第三二向色镜310为第三波长二向色镜。第一波长、第四波长、第二波长和第三波长的大小依次递增。

在本实施例中，第一波长为532nm，第二波长为785nm，第三波长为1064nm，第四波长为633nm。

具体地，以第一激光发射端11发出的激光的光路径为例说明本实施例中三波长拉曼测试探头的工作原理。波长为532nm的激光由第一反射镜31反射，由于分光片具有低通特性，532nm激光能直接穿过第一分光片34(532nm透射，785nm反射)和第二分光片35(785nm透射，1064nm反射)，到第一二向色镜38上，由于第一二向色镜38能够反射波长小于等于532nm的激光，激光由第一二向色镜38片反射到第二反射镜32上，通过第二反射镜32反射向第三分光片36，透射过第三分光片36(633nm透射，785nm反射)和第四分光片37(785nm透射，1064nm反射)，经过第三反射镜33反射向探头管4，最后通过探头管4照射在样品上。该激光激发产生的第一拉曼信号从探头管4原路返回，经过第三反射镜33反射向第四分光片37，透射过第四分光片37(785nm透射，1064nm反射)和第三分光片36(633nm透射，785nm反射)，经过第二反射镜32反射向第一二向色镜38，由于第一二向色镜38能够透射波长大于532nm的激光，第一拉曼信号透射过第一二向色镜38进入第一信号接收端21。

进一步地，由于第一激光发射端11发出的激光和探头管4返回的第一拉曼信号均透射过第三分光片36，激光因此第四波长应当大于第一波长，且应该选取合适的区间，以保证第一拉曼信号也能够透射通过第三分光片36，因此，选取第四波长为中短波633nm。

请参阅图1至图4，第一反射镜31、第一分光片34、第二分光片35、第一二向色镜38、第二二向色镜39、第三二向色镜310、第二反射镜32、第三分光片36、第四分光片37和第三反射镜33相互平行，且均与第一方向D1呈45度夹角。第一方向D1和第二方向D2相互垂直。光路元件的平行设置和呈45度夹角的设计，使光信号的传输更加顺畅和精准，同时，第一方向D1和第二方向D2的垂直布局有助于避免干扰，提高了测试精度。

三波长拉曼测试探头还包括六个激光准直镜311。第一激光发射端11和第一反射镜31之间、第二激光发射端12和第一分光片34之间、第三激光发射端13和第二分光片35之间、第一信号接收端21和第一二向色镜38之间、第二信号接收端22和第二二向色镜39之间以及第三信号接收端23和第三二向色镜310之间均设有一激光准直镜311。激光准直镜311用于将出射自激光器的光束进行准直处理，即使光束成为平行光束。这样做的目的是为了确保激光在光学系统中传播时保持一致的直线传输路径，并提高光束的质量。

光谱分光模块还包括六个窄线宽滤光片312。六个窄线宽滤光片312分别位于六个激光准直镜311的第二方向D2上，且各窄线宽滤光片312均与激光准直镜311相邻。窄线宽滤光片312用于从激光中选择特定波长的光，并剔除其他波长的杂散光，使得仅有目标波长的激光进入光路系统。这样做的目的是为了确保测量的精确性和准确性，减少背景干扰，提高信噪比，从而提高拉曼测试的可靠性和重复性。需要说明的是，六个窄线宽滤光片312的规格并不相同，需要根据使用需求具体选取。例如：第一激光发射端11对应的窄线宽滤光片312的滤过波长与第一激光发射端11的激光波长相适应，依此类推，第二激光发射端12和第三激光发射端13分别对应的窄线宽滤光片312也需要满足滤过波长和激光波长相适应的条件。

请参阅图5，三波长拉曼测试探头还包括外壳5，外壳5包括沿第二方向D2依次设置的延伸管组51、主体52和探头外管53。延伸管组51包括第一延伸管511、第二延伸管512和第三延伸管513，第一延伸管511、第二延伸管512和第三延伸管513沿第一方向D1并列间隔设置。第一激光发射端11和信号接收端均设于第一延伸管511内，第二激光发射端12和第二信号接收端22均设于第二延伸管512内，第三激光发射端13和第三信号接收端23均设于第三延伸管513内。光谱分光模块设于外壳5内。探头管4设于探头外管53内。外壳5的设置能够有效地保护各个元器件，并保证光路路径不受外部干扰，保证拉曼测试的正常进行。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本公开，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本公开能够以多种形式具体实施而不脱离公开的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种三波长拉曼测试探头，其特征在于，包括：

激光发射模块，包括第一激光发射端、第二激光发射端和第三激光发射端；

信号接收模块，包括第一信号接收端、第二信号接收端和第三信号接收端；

光谱分光模块，包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第一分光片、第二分光片、第三分光片、第四分光片、第一二向色镜、第二二向色镜和第三二向色镜；所述第一反射镜对应于第一激光发射端，所述第一分光片对应于所述第二激光发射端，所述第二分光片对应于所述第三激光发射端，所述第一二向色镜对应于所述第一信号接收端，所述第二二向色镜对应于所述第二信号接收端，所述第三二向色镜对应于所述第三信号接收端，且所述第一反射镜、第一分光片、第二分光片、第一二向色镜、第二二向色镜和所述第三二向色镜沿第一方向依次并列设置，所述第二反射镜位于所述第一二向色镜的第二方向上，所述第三分光片位于所述第二二向色镜的第二方向上，所述第四分光片位于所述第三二向色镜的第二方向上，所述第二反射镜、第三分光片、第四分光片和所述第三反射镜沿所述第一方向依次并列设置；

探头管，位于所述第三反射镜的第二方向上，所述探头管用于将光线聚焦于样品上。

2.根据权利要求1所述的三波长拉曼测试探头，其特征在于，所述第一激光发射端、第二激光发射端和所述第三激光发射端分别发出波长为第一波长、第二波长和第三波长的激光；

所述第一分光片被配置为波长小于或等于第一波长的激光通过所述第一分光片被透射，波长大于或者等于第二波长的激光通过所述第一分光片被反射；

所述第二分光片被配置为波长小于或等于第二波长的激光通过所述第二分光片被透射，波长大于或者等于第三波长的激光通过所述第二分光片被反射；

所述第三分光片被配置为波长小于或等于第四波长的激光通过所述第三分光片被透射，波长大于或者等于第二波长的激光通过所述第三分光片被反射；

所述第四分光片被配置为波长小于或等于第二波长的激光通过所述第三分光片被透射，波长大于或者等于第三波长的激光通过所述第三分光片被反射；

所述第一二向色镜为第一波长二向色镜，所述第二二向色镜为第二波长二向色镜，所述第三二向色镜为第三波长二向色镜；

所述第一波长、所述第四波长、所述第二波长和所述第三波长的大小依次递增。

3.根据权利要求2所述的三波长拉曼测试探头，其特征在于，所述第一波长为532nm，所述第二波长为785nm，所述第三波长为1064nm，所述第四波长为633nm。

4.根据权利要求1所述的三波长拉曼测试探头，其特征在于，所述第一反射镜、第一分光片、第二分光片、第一二向色镜、第二二向色镜、第三二向色镜、第二反射镜、第三分光片、第四分光片和所述第三反射镜相互平行，且均与所述第一方向呈45度夹角；

所述第一方向和所述第二方向相互垂直。

5.根据权利要求1所述的三波长拉曼测试探头，其特征在于，还包括六个激光准直镜；

所述第一激光发射端和所述第一反射镜之间、所述第二激光发射端和所述第一分光片之间、所述第三激光发射端和所述第二分光片之间、第一信号接收端和所述第一二向色镜之间、所述第二信号接收端和所述第二二向色镜之间以及所述第三信号接收端和所述第三二向色镜之间均设有一所述激光准直镜。

6.根据权利要求5所述的三波长拉曼测试探头，其特征在于，所述光谱分光模块还包括六个窄线宽滤光片；

六个所述窄线宽滤光片分别位于六个所述激光准直镜的第二方向上，且各所述窄线宽滤光片均与所述激光准直镜相邻。

7.根据权利要求1所述的三波长拉曼测试探头，其特征在于，还包括外壳；

所述外壳包括沿所述第二方向依次设置的延伸管组、主体和探头外管；

所述延伸管组包括第一延伸管、第二延伸管和第三延伸管，所述第一延伸管、第二延伸管和所述第三延伸管沿所述第一方向并列间隔设置；

所述第一激光发射端和所述信号接收端均设于所述第一延伸管内，所述第二激光发射端和所述第二信号接收端均设于所述第二延伸管内，所述第三激光发射端和所述第三信号接收端均设于所述第三延伸管内；

所述光谱分光模块设于所述外壳内；

所述探头管设于所述探头外管内。