一种拉曼光谱仪用微型光纤检测探头

摘要

本发明公开了一种拉曼光谱仪用微型光纤检测探头，包括光纤环形器、带有聚焦和滤光的光纤探头组件、布拉格光纤光栅、光缆、拉曼光谱仪的输入接口和输出接口；所述拉曼光谱仪的输出接口连接光纤环形器，所述光纤环形器通过光缆连接光纤探头组件，所述布拉格光纤光栅连接在拉曼光谱仪的输入接口和光纤环形器之间，激光依次从输出接口、光纤环形器、光纤探头组件传输至样品表面，散射光依次由光纤探头组件、光纤环形器、布拉格光纤光栅传输至拉曼光谱仪的输入接口。本发明结构简单，使用方便，激发光和收集光全部走同一条光纤光路，收集效率高、结构简单，可实现微型探针式探头检测。

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光拉曼光谱仪的探头，尤其涉及的是一种拉曼光谱仪用微型光纤检测 探头。

背景技术

随着科学研究和大众市场对物质分子结构的现场、快速、精确检测需求的不断高涨，便 携化的拉曼光谱仪不断受到各研究机构的青睐。仪器的不断微型化相应地也要求拉曼检测探 头的微型化。目前的拉曼检测探头虽然也带光纤输出，但探头的前端仍然是采用自由空间光 路。拉曼探头作为光束的准直激发、散射光的收集、微弱拉曼散射光滤波提取、杂散光屏蔽 的功能，决定了空间光路的拉曼检测探头光路的复杂性，结构的紧凑性也大大受到限制。这 导致了目前商品化的拉曼探头只能应用于样品表面检测，而无法应用到更加狭小的空间，比 如考古或医学上的体内原位检测、诊断等领域。因此需要设计一种能普遍应用到各种场合、 并能高效收集拉曼光信号的微型拉曼检测探头。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种拉曼光谱仪用微型光纤检测探头， 全光纤光路能够提高拉曼散射信号收集和能量耦合效率。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括光纤环形器、带有聚焦和滤光的光纤探 头组件、布拉格光纤光栅、光缆、拉曼光谱仪的输入接口和输出接口；所述拉曼光谱仪的输 出接口连接光纤环形器，所述光纤环形器通过光缆连接光纤探头组件，所述布拉格光纤光栅 连接在拉曼光谱仪的输入接口和光纤环形器之间，激光依次从输出接口、光纤环形器、光纤 探头组件传输至样品表面，散射光依次由光纤探头组件、光纤环形器、布拉格光纤光栅传输 至拉曼光谱仪的输入接口。

所述光纤环形器是单向传输光器件，所述光纤环形器包括第一端口、第二端口和第三端 口，所述第一端口单向连通第二端口，第二端口单向连通第三端口，所述拉曼光谱仪的输出 接口、第一端口、第二端口和光缆依次连接传输光信号，所述光缆、第二端口、第三端口和 布拉格光纤光栅依次连接传输光信号。

光纤环形器可以实现单纤双向传输，第一端口输入的光信号只有在第二端口输出,第二端 口输入的光信号只有在第三端口输出，这样可以使光纤探头组件中采用一根光纤收发光信号， 提高探头的收集效率。

所述光纤探头组件包括光纤、插芯、透镜、套管，所述光纤的端部插入插芯并固定连接 在插芯内，所述透镜为自聚焦或自准直透镜，所述透镜和插芯分别固定在套管内，所述透镜 的一端端部与光纤端面对准固定，透镜的另一端端部设有用于滤除反斯托克斯光谱和杂散光 的长通滤光片或镀覆长通滤光膜。

光纤探头组件是通过自聚焦或自准直透镜对激发光和收集到的散射光进行聚焦或准直的， 自聚焦或自准直透镜端面能直接与光纤端面对准固定，这样可以避免空间光路和光纤之间相 互耦合产生的光损耗，大大提高收集效率，同时自聚焦或自准直透镜的直径一般非常小，仅 仅为0.9～1.8mm，可以保证探头组件的结构非常紧凑。

激发光经光纤环形器的第二端口输入进透镜，经过聚焦或准直后打到样品上。散射光经 透镜重新耦合进光纤并通过光纤环形器的第三端口输入到布拉格光纤光栅。

所述光纤、插芯、透镜、套管外包覆封装有护套。可以对光纤探头组件进一步保护。

所述插芯为玻璃插芯或陶瓷插芯，所述插芯的内径与所述光纤的包层外径相匹配，所述 插芯的外径与所述套管的内径相匹配，所述光纤去除涂覆层后插入插芯并用环氧胶或紫外光 胶固化。

作为本发明的优选方式之一，所述透镜与插芯之间通过紫外光胶粘结固化。透镜可以把 光纤出来的光聚焦到某一点上，也可以把光准直输出为平行光，具体根据样品的特性来选择。

作为本发明的优选方式之一，所述套管为玻璃套管或不锈钢套管，所述套管、插芯和透 镜通过环氧胶或紫外光胶固化为一体。

作为本发明的优选方式之一，所述插芯和透镜的连接端面分别研磨为8°角后装配。可 以减少界面反射的影响。

所述布拉格光纤光栅的中心波长等于拉曼光谱仪上激光器的波长。

布拉格光纤光栅是通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生 沿纤芯轴向的折射率周期性变化，其作用是在纤芯内形成一个窄带的(透射或反射)滤波器 或反射镜。当一束光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条件的波长将产生反射，其余的 波长透过光纤光栅继续传输，光栅光纤具有波长选择性好、附加损耗小、器件微型化、耦合 性好、可与光缆或其他光纤器件融为一体等优点。经光纤探头组件收集到的散射光中的瑞利 散射光通过布拉格光纤光栅滤波后被抑制，只留拉曼散射光通过。

作为本发明的优选方式之一，所述拉曼光谱仪的输入接口和输出接口均为SMA905接口。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明结构简单，使用方便，激发光和收集光全部 走同一条光纤光路，收集效率高、结构简单，可实现微型探针式探头检测。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是光纤探头组件的结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施， 给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括光纤环形器1、带有聚焦和滤光的光纤探头组件2、布拉格光 纤光栅3、光缆4、拉曼光谱仪的输入接口52和输出接口51；所述拉曼光谱仪的输出接口51 连接光纤环形器1，所述光纤环形器1通过光缆4连接光纤探头组件2，所述布拉格光纤光栅 3连接在拉曼光谱仪的输入接口52和光纤环形器1之间，激光依次从输出接口51、光纤环形 器1、光纤探头组件2传输至样品表面，散射光依次由光纤探头组件2、光纤环形器1、布拉 格光纤光栅3传输至拉曼光谱仪的输入接口52。输入接口52和输出接口51均为SMA905接 口。

光纤环形器1是单向传输光器件，所述光纤环形器1包括第一端口11、第二端口12和 第三端口13，所述第一端口11单向连通第二端口12，第二端口12单向连通第三端口13， 所述拉曼光谱仪的输出接口51、第一端口11、第二端口12和光缆4依次连接传输光信号， 所述光缆4、第二端口12、第三端口13和布拉格光纤光栅3依次连接传输光信号。

如图2所示，光纤探头组件2包括光纤21、插芯22、透镜23、套管24，光纤21的端部 插入插芯22并固定连接在插芯22内，所述透镜23为自聚焦透镜23，所述透镜23的和插芯 22分别固定在套管24内，所述透镜23的一端端部与光纤21端面对准固定，透镜23的另一 端端部设有用于滤除反斯托克斯光谱和杂散光的长通滤光片25，其他实施例中可以镀覆长通 滤光膜。

光纤21、插芯22、透镜23、套管24外包覆封装有护套26。可以对光纤探头组件2进一 步保护。

本实施例的插芯22为玻璃插芯22，其他实施例可以选用陶瓷插芯22，所述插芯22的内 径与所述光纤21的包层外径相匹配，所述插芯22的外径与所述套管24的内径相匹配，所述 光纤21去除涂覆层后插入插芯22并用环氧胶27或紫外光胶固化。

透镜23与插芯22之间通过紫外光胶粘结固化。透镜23可以把光纤21出来的光聚焦到 某一点上，也可以把光准直输出为平行光，具体根据样品的特性来选择，本实施例选用自聚 焦透镜23，其他实施例中可以选用自准直透镜23。

套管24为玻璃套管24，其他实施例可选用不锈钢套管24，所述套管24、插芯22和透 镜23通过环氧胶或紫外光胶固化为一体。

光纤探头组件2组装时，光纤21首先切割端面后插入插芯22，在插芯22的喇叭口处加 紫外光胶或环氧胶固定，然后将插芯22端面研磨平整，再将插芯22和透镜23分别从两端插 入套管24并用紫外光胶固化，透镜23的端面用紫外光胶粘贴长通滤光片25，最后将上述组 件装入护套26进行封装保护。在本实施例中，插芯22和透镜23的端面可以研磨成8°角装 配固定，这样可以减小界面反射的影响。

装配时，将输入接口52和输出接口51分别连接到拉曼光谱仪的输入和输出光纤的法兰 中。本实施例中，光的具体路径为：激光经输出接口51到达光纤环形器1的第一端口11， 并从第二端口12经由光缆4输出至光纤探头组件2。光纤探头组件2中自聚焦透镜23将激 光聚焦到待测样品上，激发的散射光经过自聚焦透镜23端面上的长通滤波片将散射光中的反 斯托克斯光谱和杂散光滤除后重新耦合到光纤21中。收集到的散射光经光缆4到达光纤环形 器1的第二端口12输入，并从光纤环形器1的第三端口13输出至布拉格光纤光栅3，布拉 格光纤光栅3可以将入射光中与激发光波长相同的瑞利散射光滤除并输出至拉曼光谱仪上进 行光谱扫描分辨。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原 则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。