一種多波長移頻激發(fā)的拉曼光譜測量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及精密儀器與檢測技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]拉曼光譜技術(shù)具有檢測速度快、無損檢測等突出優(yōu)點(diǎn)，是一種進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)研宄的強(qiáng)有力工具，廣泛應(yīng)用于食品安全、生物醫(yī)學(xué)、公共安全等領(lǐng)域。然而，大多數(shù)食品、藥品、毒品的拉曼光譜檢測過程中常伴有強(qiáng)熒光干擾。對于強(qiáng)熒光樣品，熒光會淹沒拉曼信號，熒光的存在嚴(yán)重影響拉曼光譜特征峰的識別，因此進(jìn)行拉曼光譜檢測過程中的熒光抑制是非常有必要的。另外，CCD等探測器本身的噪聲和暗電流對一些弱的拉曼峰的識別也產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾。
[0003]目前，抑制熒光干擾的方法有時間分辨拉曼光譜法(Matousek P, TowrieMj Stanley A，et al.Efficient reject1n of fluorescence from Raman spectrausing picosecond Kerr gating[J].Applied Spectroscopy, 1999，53(12):1485-1489)、步員域?yàn)V波法(Mosier-Boss P A，Lieberman S Hj Newbery R.Fluorescence reject1nin Raman spectroscopy by shifted—spectra，edge detect1n, and FFT filteringtechniques[J].Applied spectroscopy，1995，49(5):630-638)、多項式擬合法(Zhao JjLui H，McLean D I，et al.Automated autofluorescence backgroundsubtract1n algorithm for b1medical Raman spectroscopy [J].Applied spectroscopy，2007，61 (11):1225-1232)、小波變換法(Bertinetto C Gj VuorinenT.Automatic baseline recognit1n for the correct1n of large sets ofspectra using continuous wavelet transform and iterative fitting[J].Appliedspectroscopy, 2014，68 (2): 155-164)等。焚光背景的多樣性經(jīng)常導(dǎo)致上述方法的失效，而移頻激發(fā)法(Shreve A P，Cherepy N Jj Mathies R A.Effective reject1n offluorescence interference in Raman spectroscopy using a shifted excitat1ndifference technique [J].Applied spectroscopy, 1992, 46 (4): 707-711) 一般米用兩波長相近的激發(fā)光源對樣品進(jìn)行檢測，由于激發(fā)波長的微小改變對熒光影響很小，寬頻帶的熒光背景幾乎保持不變，而拉曼信號將整體發(fā)生輕微移動。因此，只要將兩原始光譜歸一化后相減得到拉曼差分光譜，在拉曼差分光譜中熒光背景相互抵消，僅保留拉曼信號，有效地抑制了熒光干擾。但是拉曼差分光譜不是真正的拉曼光譜，需要通過算法處理才能復(fù)原出樣品真正的拉曼光譜。
[0004]保證激發(fā)光源波長的穩(wěn)定性是移頻激發(fā)法的關(guān)鍵性因素。目前移頻激發(fā)法的激發(fā)光源通常采用可調(diào)諧激光器來獲得雙波長或多波長激光。可調(diào)諧激光器一般采用電流控制技術(shù)、溫度控制技術(shù)或機(jī)械控制技術(shù)。電流或者溫度可調(diào)諧的激光器產(chǎn)生的激光波長不穩(wěn)定，需要額外的裝置進(jìn)行持續(xù)波長監(jiān)測以保證輸出波長的穩(wěn)定性。機(jī)械可調(diào)諧激光器裝置存在可移動的部件，不適合集成到便攜式拉曼光譜系統(tǒng)中?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種多波長移頻激發(fā)的拉曼光譜測量系統(tǒng)，有效抑制熒光的干擾，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)熒光背景的拉曼光譜檢測。
[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0007]一種多波長移頻激發(fā)的拉曼光譜測量系統(tǒng)，其特征在于:包括第一激光器(I)、第二激光器(2)、第三激光器(3)、第一激光器控制模塊(4)、第二激光器控制模塊(5)、第三激光器控制模塊(6)、光纖光開關(guān)(7)、拉曼探頭(8)、樣品池(10)、光柵分光模塊(11)、光譜數(shù)據(jù)采集模塊(12)、算法處理模塊(13);
[0008]其中第一激光器(I)、第二激光器(2)和第三激光器(3)分別包含一激光發(fā)射源、一熱敏電阻溫度傳感器、一半導(dǎo)體制冷器、一光電探測器；
[0009]第一激光器驅(qū)動模塊(4)與第一激光器(I)的激光發(fā)射源(1-1)相連用于設(shè)置第一激光器(I)的電流，第一激光器驅(qū)動模塊(4)與第一激光器(I)的熱敏電阻溫度傳感器(1-2)相連用于監(jiān)控第一激光器(I)的溫度，第一激光器驅(qū)動模塊(4)與第一激光器(I)的半導(dǎo)體制冷器(1-3)相連用于對第一激光器(I)進(jìn)行加熱或制冷，第一激光器驅(qū)動模塊(4)與第一激光器⑴的光電探測器(1-4)相連用于采集第一激光器⑴的功率；
[0010]第二激光器驅(qū)動模塊(5)與第二激光器(2)的激光發(fā)射源(2-1)相連用于設(shè)置第二激光器(2)的電流，第二激光器驅(qū)動模塊(5)與第二激光器(2)的熱敏電阻溫度傳感器(2-2)相連用于監(jiān)控第二激光器(2)的溫度，第二激光器驅(qū)動模塊(5)與第二激光器(2)的半導(dǎo)體制冷器(2-3)相連用于對第二激光器(2)進(jìn)行加熱或制冷，第二激光器驅(qū)動模塊(5)與第二激光器(2)的光電探測器(2-5)相連用于采集第二激光器(2)的功率。
[0011]第三激光器驅(qū)動模塊(6)與第三激光器(3)的激光發(fā)射源(3-1)相連用于設(shè)置第三激光器(3)的電流，第三激光器驅(qū)動模塊(6)與第三激光器(3)的熱敏電阻溫度傳感器(3-2)相連用于監(jiān)控第三激光器(3)的溫度，第三激光器驅(qū)動模塊(6)與第三激光器(3)的半導(dǎo)體制冷器(3-3)相連用于對第三激光器(3)進(jìn)行加熱或制冷，第三激光器驅(qū)動模塊(6)與第三激光器(3)的光電探測器(3-5)相連用于采集第三激光器(3)的功率。
[0012]第一激光器(I)與光纖光開關(guān)(7)通過光纖連接，第二激光器(2)與光纖光開關(guān)
(7)通過光纖連接，激光器(3)與光纖光開關(guān)(7)通過光纖連接，光纖光開關(guān)(7)與拉曼探頭(8)通過光纖連接，待測樣品(9)放置于樣品池(10)中，拉曼探頭(8)與光柵分光模塊
(11)通過光纖連接，光柵分光模塊(11)與光譜數(shù)據(jù)采集模塊(12)相連用于數(shù)據(jù)反饋及參數(shù)設(shè)置，光譜數(shù)據(jù)采集模塊(12)與算法處理模塊(13)相連用于數(shù)據(jù)反饋。
[0013]在本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例中，第一激光器(I)的發(fā)射波長為為784.5nm，第二激光器(2)的發(fā)射波長為785.0nm，第三激光器(3)的發(fā)射波長為785.5nm。
[0014]在本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例中，所述的激光控制模塊(4)由驅(qū)動恒流源、溫度控制單元組成，激光器的溫度穩(wěn)定性為0.1°C，激光器波長在24小時內(nèi)波動為8pm。
[0015]在本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例中，所述的光譜數(shù)據(jù)采集模塊(12)設(shè)有對光柵分光模塊(11)里的C⑶進(jìn)行制冷的單元，較佳地，制冷溫度達(dá)到-15°c。
[0016]前述的一種多波長移頻激發(fā)的拉曼光譜測量系統(tǒng)的使用方法，包括如下步驟:
[0017]I)將待測樣品(9)放置在樣品池(10)里；
[0018]2)啟動第一激光器(I)控制模塊(4)、第二激光器(2)控制模塊(5)、第三激光器(3)控制模塊￠)，等待激光器控制模塊達(dá)到設(shè)定溫度和功率，保證第一激光器(1)、第二激光器(2)、第三激光器(3)的波長穩(wěn)定性；啟動光譜數(shù)據(jù)采集模塊(12)對光柵分光模塊
(11)里的CCD進(jìn)行制冷，等待達(dá)到設(shè)定的溫度；
[0019]3)通過光纖光開關(guān)(7)切換第一激光器(I)、第二激光器(2)、第三激光器(3)，分別傳輸?shù)嚼筋^(8)，拉曼探頭(8)傳輸激光聚焦照射到待測樣品(9)上；
[0020]4)拉曼探頭⑶收集樣品產(chǎn)生的拉曼散射光并濾除瑞利散射光，并將其通過光纖傳輸至光柵分光模塊(11);
[0021]5)光柵分光模塊(11)使拉曼散射光按波長在空間上分開，并聚焦到探測器C⑶的感光面上，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換得到光譜電信號，并通過光譜數(shù)據(jù)采集模塊(12)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；
[0022]6)光譜數(shù)據(jù)采集模塊(12)將光譜數(shù)據(jù)傳輸給算法處理模塊(13)。
[0023]7)重復(fù)步驟3)_6)，得到被測樣品在不同波長激光下的拉曼光譜。最后算法處理模塊(13)進(jìn)行相關(guān)的算法處理，獲得被測樣品的拉曼光譜。
[0024]在前述的使用方法，較佳地，第一激光器(I)的發(fā)射波長為為784.5nm，第二激光器(2)的發(fā)射波長為785.0nm，第三激光器(3)的發(fā)射波長為785.5nm。
[0025]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)如下:
[0026](I)本實(shí)用新型針對高熒光背景拉曼光譜測量的需要，采用多波長移頻激發(fā)拉曼光譜測量的方法，多個基于體布拉格光柵技術(shù)的固定波長半導(dǎo)體激光器作為激光光源，從而實(shí)現(xiàn)樣品在多波長激光下的移頻激發(fā)，進(jìn)行拉曼光譜測量及算法處理，能夠有效抑制熒光的干擾。
[0027](2)本實(shí)用新型針對CCD等探測器本身的噪聲和暗電流對一些弱的拉曼峰的識別也產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾，采用高靈敏度的薄型面陣CXD作為光譜數(shù)據(jù)采集的探測器，并對其進(jìn)行制冷，降低暗電流噪聲，提高裝置的拉曼光譜采集性能。
[0028]因此，本實(shí)用新型采用基于體布拉格光柵技術(shù)的固定波長半導(dǎo)體激光器作為激光光源，其具有波長穩(wěn)定、線寬窄等優(yōu)點(diǎn)。對激光器的溫度和功率進(jìn)行了控制，保證其輸出波長的穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)緊湊、高效。
【附圖說明】
[0029]圖1為本實(shí)用新型的多波長移頻激發(fā)的拉曼光譜測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成圖。
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