專利名稱：一種全息型針尖增強拉曼光譜儀光學系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及拉曼光譜儀，尤其是涉及一種全息型針尖增強拉曼光譜儀光學系統(tǒng)。
背景技術：
不論常規(guī)拉曼光譜還是表面增強拉曼光譜，其空間分辨率都無法突破光學衍射極限，從而對研究的對象存在很大的局限。近年來人們發(fā)現(xiàn)，采用“針尖增強拉曼光譜技術”可以達到幾十納米到幾個納米級別的突破光學衍射極限的空間分辨率和單分子的檢測靈敏度。在常壓和空氣條件下，針尖增強拉曼光譜技術(以下稱TERS)是目前唯一可以在幾個納米到幾十個納米尺度提供樣品化學成份信息的表面和界面光學表征技術。因此，不論工業(yè)應用，還是基礎科學研究都對“針尖增強拉曼光譜儀器”有著很大的需求，對TERS儀器的研制、開發(fā)應用是目前拉曼光譜領域的研究熱點。光學系統(tǒng)是TERS的最主要也是重要的組成部分。TERS的基本工作原理為利用掃描探針顯微技術將金或銀的針尖逼近基底，在合適波長和偏振的激光照射下，針尖末端由于表面等離子體共振效應產生增強的電磁場，因此位于針尖下方樣品的拉曼信號得到增強。TERS具有高的靈敏度和空間分辨率，并能同時獲得樣品表面的形貌和化學信息。僅需采用毫瓦級的激光功率即可，因此得到廣泛的重視。目前，國際上的一些知名公司，如NT-MDT, Renishaw和Nanonics都推出了商業(yè)化的TERS儀器。TERS儀器的自主知識產權化也見諸申請，如美國專利US2002/0154301，專利US2010/0245816 ;中國專利CN101082585A以及申請人已取得的中國專利201110354369. 9。以上TERS儀器的一個共同特點是其光學系統(tǒng)基本都是建立在共聚焦顯微技術的基礎上。這使得儀器操作難度大，造價高。迄今為止國際上發(fā)表的高水平的研究工作基本都是在實驗室自行研制的儀器上獲得的，鮮有在商品化的TERS儀器得到高水平的研究成果。
發(fā)明內容本實用新型的目的在于提供一種全息型針尖增強拉曼光譜儀光學系統(tǒng)。本實用新型設有一個激光器，所述激光器用于激發(fā)樣品的拉曼信號，作為系統(tǒng)激發(fā)光源；一個分光棱鏡組，所述分光棱鏡組用于將激光器發(fā)出的一束激光束分為兩束平行運行的激發(fā)光束，所述分光棱鏡組設有立方棱鏡和三角棱鏡，所述分光棱鏡組設于激光器前方；一個邊緣濾波片，所述邊緣濾波片用于反射分光棱鏡組成的兩束平行運行的激發(fā)光束，并在拉曼收集光路上濾除反射的激發(fā)和樣品光、瑞利散射等噪音，所述邊緣濾波片設于分光棱鏡組前方，將兩束激光以45°角入射于拉曼信號采集透鏡；一個高NA值透鏡，所述高NA值透鏡用于將邊緣濾波片反射的兩束激發(fā)光束會聚于一個針尖末端聚焦點；[0013]一個樣品載物臺，所述樣品載物臺用于放置待測樣品；一個拉曼信號采集透鏡，所述拉曼信號采集透鏡用于將采集的拉曼信號輸送到光譜儀和檢測器進行分光和檢測。所述激光器可采用LD激光器或氣體激光器等。所述邊緣濾波片可采用長通濾波片或陷波濾波片等。本實用新型具有以下突出優(yōu)點1、出射的激光束由棱鏡組分成兩束平行運行的光束，兩光束經高數(shù)值孔徑鏡頭實現(xiàn)會聚。顯然，這是一種新型全息記錄系統(tǒng)。該系統(tǒng)簡單、操作方便。在實際應用中，針對不同檢測對象可以設計正置和倒置兩種模式。2、雙光束的激發(fā)避免了針尖與光斑耦合時由于針尖支架(例如AFM針尖的懸臂梁)對激發(fā)光高斯中心的反射，極大地提高了激光的激發(fā)效率，并且降低由此反射造成的背景噪聲，從而有效地提高拉曼光譜收集和信號處理。3、緊湊的光學系統(tǒng)有利于TERS儀器小型化和實用化。以上特點使本實用新型與專利 US2002/0154301，US2010/0245816, CN101082585A 相比具有獨特的優(yōu)越和創(chuàng)新。4、本實用新型與目前已報道的產品不同，本實用新型采用雙光束聚焦系統(tǒng)，所以稱全息型TERS光學系統(tǒng)。相對于目前已報道的TERS儀器系統(tǒng)方便易用、可在實際生產、研究中得到重要的應用。

圖1為本實用新型正置式光學系統(tǒng)的結構示意圖。圖2為本實用新型倒置式光學系統(tǒng)的結構示意圖。在圖1和2中，各標記為1是激光器，2是立方棱鏡，3是二角棱鏡，4是邊緣濾波片，5是高NA值透鏡，6是針尖，7是樣品載物臺，8是拉曼信號采集透鏡，9是拉曼分光系統(tǒng)，10是聚焦光在針尖末端的放大圖。
具體實施方式
參見圖1和2，圖1給出本實用新型正置式光學系統(tǒng)的結構示意圖，圖2給出本實用新型倒置式光學系統(tǒng)的結構示意圖。本實用新型實施例設有—個激光器1，所述激光器I用于激發(fā)樣品的拉曼信號，作為系統(tǒng)激發(fā)光源；一個分光棱鏡組，所述分光棱鏡組用于將激光器發(fā)出的一束激光束分為兩束平行運行的激發(fā)光束，所述分光棱鏡組設有立方棱鏡2和三角棱鏡3，所述分光棱鏡組設于激光器I前方；一個邊緣濾波片4，所述邊緣濾波片4用于反射分光棱鏡組成的兩束平行運行的激發(fā)光束，并在拉曼收集光路上濾除反射的激發(fā)和樣品光、瑞利散射等噪音，所述邊緣濾波片4設于分光棱鏡組前方,將兩束激光以45°角入射于拉曼信號米集透鏡8 ；一個高NA值透鏡5，所述高NA值透鏡5用于將邊緣濾波片4反射的兩束激發(fā)光束會聚于一個針尖6末端聚焦點；一個樣品載物臺7，所述樣品載物臺7用于放置待測樣品；[0032]一個拉曼信號采集透鏡8，所述拉曼信號采集透鏡8用于將采集的拉曼信號輸送到拉曼分光系統(tǒng)9 (包括光譜儀和檢測器)進行分光和檢測。所述激光器I可采用LD激光器或氣體激光器等。所述邊緣濾波片4可采用長通濾波片或陷波濾波片等。在圖1中，采用正置式結構，即待測樣品是不透明的，針尖6從兩束光束夾角中插入，光束會聚焦點落在針尖6末端。在圖2中，采用倒置式結構，即待測樣品是透明體，針尖6末端位于雙光束會聚焦點。
權利要求1.一種全息型針尖增強拉曼光譜儀光學系統(tǒng)，其特征在于設有一個激光器，所述激光器用于激發(fā)樣品的拉曼信號，作為系統(tǒng)激發(fā)光源；一個分光棱鏡組，所述分光棱鏡組用于將激光器發(fā)出的一束激光束分為兩束平行運行的激發(fā)光束，所述分光棱鏡組設有立方棱鏡和三角棱鏡，所述分光棱鏡組設于激光器前方；一個邊緣濾波片，所述邊緣濾波片用于反射分光棱鏡組成的兩束平行運行的激發(fā)光束，并在拉曼收集光路上濾除反射的激發(fā)和樣品光、瑞利散射等噪音，所述邊緣濾波片設于分光棱鏡組前方，將兩束激光以45°角入射于拉曼信號采集透鏡；一個高NA值透鏡，所述高NA值透鏡用于將邊緣濾波片反射的兩束激發(fā)光束會聚于一個針尖末端聚焦點；一個樣品載物臺，所述樣品載物臺用于放置待測樣品；一個拉曼信號采集透鏡，所述拉曼信號采集透鏡用于將采集的拉曼信號輸送到光譜儀和檢測器進行分光和檢測。
2.如權利要求1所述的一種全息型針尖增強拉曼光譜儀光學系統(tǒng)，其特征在于所述激光器米用LD激光器或氣體激光器。
3.如權利要求1所述的一種全息型針尖增強拉曼光譜儀光學系統(tǒng)，其特征在于所述邊緣濾波片采用長通濾波片或陷波濾波片。
專利摘要一種全息型針尖增強拉曼光譜儀光學系統(tǒng)，涉及拉曼光譜儀。設有激光器、分光棱鏡組、邊緣濾波片、高NA值透鏡、樣品載物臺和拉曼信號采集透鏡，所述分光棱鏡組用于將激光器發(fā)出的一束激光束分為兩束平行運行的激發(fā)光束，所述分光棱鏡組設有立方棱鏡和三角棱鏡，所述邊緣濾波片設于分光棱鏡組前方，將兩束激光以45°角入射于拉曼信號采集透鏡；所述高NA值透鏡用于將邊緣濾波片反射的兩束激發(fā)光束會聚于一個針尖末端聚焦點；所述拉曼信號采集透鏡用于將采集的拉曼信號輸送到光譜儀和檢測器進行分光和檢測。系統(tǒng)簡單、操作方便。在實際應用中，針對不同檢測對象可以設計正置和倒置兩種模式。
文檔編號G01N21/65GK202886284SQ20122058216
公開日2013年4月17日 申請日期2012年11月7日 優(yōu)先權日2012年11月7日
發(fā)明者王翔, 任斌, 張向蘇, 任雪暢, 爐慶洪, 劉守 申請人:廈門大學