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专利名称：激光拉曼光谱仪多波激发装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种激光拉曼光谱仪多波激发装置。
背景技术：
拉曼散射现象自1928年由印度物理学家拉曼发现以来，由于拉曼光谱具 有信息丰富、拉曼位移与入射光频率无关、分析效率高和样品用量少等显著的特点越来越 受到广泛的关注。近年来，拉曼光谱仪可以精确的检测出物质的组成、含量等，已经成为化 学分析、表面化学、矿物学、半导体材料、考古学等众多领域重要的研究手段。为了增强激光 对样品的激发效率、提高拉曼散射的强度、避免荧光，仪器中的外光路系统根据各种样品情 况，需要不同波长的激光器激发样品。传统的方法是通过更换相应的激光器，达到“多波激 发”的效果，这样做的缺点是光路调节困难，需要花费大量的时间进行机械的校准、光路的 准直、激光器的调校等等，从而延误测量时间、增大测量成本、给测量带来不便，仪器整体的 稳定性也大受影响。

发明内容
针对上述情况，本发明的目的是提供一种结构简单，载体性好，功能增加，成本降 低，调节效率和测量精度提高，使用寿命延长，不需投入新的设备，便于普及推广的多种波 长激光激发样品的外光路激光拉曼光谱仪多波激发装置。为了实现上述目的，一种激光拉曼光谱仪多波激发装置，它包括在样品测试激发 光路的同一光轴中设置数组截止点大于激光波长或截止点小于激光波长的截止滤光片，截 止滤光片与对应波长激光器适配成相对位置固定的“高通低反”与“高通低反”结合的或“低 通高反”与“低通高反”结合的单一型滤光阵列组合和“低通高反”与“高通低反”结合的或 “高通低反”与“低通高反”结合的混合型滤光阵列组合，并经不同波长激光器的开和关，实 现数种不同波长的激光激发样品。为了实现结构优化，其进一步的措施还有。“高通低反”与“高通低反”结合的单一型滤光阵列组合是截止点大于激光波长的 “高通低反”截止滤光片I-L1与对应波长激光器2-A适配成反射光路和截止点大于激光波 长的“高通低反”截止滤光片I-F1与对应波长激光器2-B适配成反射光路；截止点小于激 光波长的“高通低反”截止滤光片I-L1与对应波长激光器2-B经截止滤光片I-F1反射适配 成透射光路；截止点小于激光波长的“高通低反”截止滤光片I-F1和I-L1与对应波长激光 器2-C适配成透射光路。“低通高反”与“低通高反”结合的单一型滤光阵列组合是截止点小于激光波长的“低通高反”截止滤光片I-L2与对应波长激光器2-C适配成反射光路和截止点小于激光波 长的“低通高反”截止滤光片I-F2与对应波长激光器2-B适配成反射光路；截止点大于激 光波长的“低通高反”截止滤光片I-L2与对应波长激光器2-B经截止滤光片I-F2反射适配 成透射光路；截止点大于激光波长的“低通高反”截止滤光片I-F2和I-L2与对应波长激光器2-A适配成透射光路。“低通高反”与“高通低反”结合的混合型滤光阵列组合是截止点小于激光波长的 “低通高反”截止滤光片I-L3与对应波长激光器2-C适配成反射光路和截止点大于激光波 长的“高通低反”截止滤光片I-F3与对应波长激光器2-A适配成反射光路；截止点小于激 光波长的“低通高反”截止滤光片I-L3与对应波长激光器2-A经截止滤光片I-F3反射适配 成透射光路；截止点小于激光波长的“高通低反”截止滤光片I-F3和截止点大于激光波长 的“低通高反”截止滤光片I-L3与对应波长激光器2-B适配成透射光路。“高通低反”与“低通高反”结合的混合型滤光阵列组合是截止点大于激光波长 的“高通低反”截止滤光片I-L4与对应波长激光器2-A适配成反射光路和截止点小于激光 波长的“低通高反”截止滤光片I-F4与对应波长激光器2-C适配成反射光路；截止点小于 激光波长的“高通低反”截止滤光片I-L4与对应波长激光器2-C经“低通高反”截止滤光片 I-F4反射适配成透射光路；截止点大于激光波长的“低通高反”截止滤光片I-F4和截止点 小于激光波长的“高通低反”截止滤光片I-L4与对应波长激光器2-B适配成透射光路。本发明采用包括在样品测试激发光路的同一光轴中设置数组截止点大于激光波 长或截止点小于激光波长的截止滤光片，截止滤光片与对应波长激光器适配成相对位置固 定的“高通低反”与“高通低反”结合的或“低通高反”与“低通高反”结合的单一型滤光阵 列组合和“低通高反”与“高通低反”结合的或“高通低反”与“低通高反”结合的混合型滤 光阵列组合，并经不同波长激光器的开和关，实现数种不同波长的激光激发样品的技术方 案，它克服了传统测试方法必需频繁更换相应的激光器和减少了由此带来的反复频繁的机 械校准、光路准直和激光器调校工作量，从而增大了劳动强度，损耗了仪器零部件，调节效 率较低，测量质量受到严重影响等缺陷。本发明相比现有技术所产生的有益效果
(1)应用于传统激光拉曼激发样品装置，它只要通过开关不同的激光电源开关，就可得 到所需要的多种激发波长的激光，扩大了普通激光拉曼光谱仪的使用功能，且无需增加新 的设备投入，商业前景好；(2)对于多波激发装置的截止滤光片三维调节架，只要预先调节 好各激发波长对应的截止滤光片三维调节架反射激光方向，照射到激发样品的同一区域激 发，装置各截止滤光片三维调节架对其它激发激光方向没有影响，以后就只要通过开关不 同的激光器电源开关即可，调校操作简单易行，节省了因反复频繁的机械校准、光路准直和 激光器调校的工作量，调校操作强度大大降低；(3)结构简单、紧凑，制造容易，成本低，使 用快捷，方便携带，免去了每次测量时激光激发光路非常麻烦而困难的调节，延长了仪器使用寿命，提高了测量精度，节约了大量的测量调节时间，工作效率高，适宜普及推广。本发明适合用于不同波长的激光激发样品的激光传输光路系统。下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。


图1为本发明的实现数种不同波长的激光激发样品的激光传输光路系统图。图2为本发明截止点大于激光波长的“高通低反”截止滤光片I-L1与对应波长激 光器2-A适配成反射光路和截止点大于激光波长的“高通低反”截止滤光片I-F1与对应波 长激光器2-B适配成反射光路；截止点小于激光波长的“高通低反”截止滤光片I-L1与对应波长激光器2-B经截止滤光片I-F1反射适配成透射光路；截止点小于激光波长的“高通 低反”截止滤光片I-F1和I-L1与对应波长激光器2-C适配成透射光路的激光激发样品的激 光传输光路原理图。图3为本发明截止点小于激光波长的“低通高反”截止滤光片I-L2与对应波长激 光器2-C适配成反射光路和截止点小于激光波长的“低通高反”截止滤光片I-F2与对应波 长激光器2-B适配成反射光路；截止点大于激光波长的“低通高反”截止滤光片I-L2与对 应波长激光器2-B经截止滤光片I-F2反射适配成透射光路；截止点大于激光波长的“低通 高反”截止滤光片I-F2和I-L2与对应波长激光器2-A适配成透射光路的激光激发样品的激 光传输光路原理图。图4为本发明截止点小于激光波长的“低通高反”截止滤光片I-L3与对应波长激 光器2-C适配成反射光路和截止点大于激光波长的“高通低反”截止滤光片I-F3与对应波 长激光器2-A适配成反射光路；截止点小于激光波长的“低通高反”截止滤光片I-L3与对 应波长激光器2-A经截止滤光片I-F3反射适配成透射光路；截止点小于激光波长的“高通 低反”截止滤光片I-F3和截止点大于激光波长的“低通高反”截止滤光片I-L3与对应波长 激光器2-B适配成透射光路的激光激发样品的激光传输光路原理图。图5为本发明截止点大于激光波长的“高通低反”截止滤光片I-L4与对应波长激 光器2-A适配成反射光路和截止点小于激光波长的“低通高反”截止滤光片I-F4与对应波 长激光器2-C适配成反射光路；截止点小于激光波长的“高通低反”截止滤光片I-L4与对 应波长激光器2-C经“低通高反”截止滤光片I-F4反射适配成透射光路；截止点大于激光 波长的“低通高反”截止滤光片I-F4和截止点小于激光波长的“高通低反”截止滤光片I-L4 与对应波长激光器2-B适配成透射光路的激光激发样品的激光传输光路原理图。图中1、截止滤光片，2、激光器，3、支撑杆，4、支撑架，5、钢珠，6、螺钉，7、弹簧，8、 弹簧固定杆，9、零件安装板，10、固定压环，11、三维调节架，12、光具座，截止滤光片I-L1，截 止滤光片I-F1，截止滤光片I-L2，截止滤光片I-F2，截止滤光片I-L3，截止滤光片I-F3，截止 滤光片I-L4，截止滤光片I-F4,激光器2-A，激光器2-B，激光器2_C，M1-反射镜，M2-凹面反射镜，M3-凹面反射镜，L1-聚焦透镜，L2-散射成像透镜，L3-散射成像透镜，P1- 二分之一波 长片，P2-滤光片，S-样品。
具体实施例方式由附图所示，它包括使用在激光拉曼光谱仪多波激发装置中的激发光路三维调节 架11，并在样品测试激发光路的同一光轴中设置数组截止点大于激光波长或截止点小于激 光波长的截止滤光片1，截止滤光片1与对应波长激光器2适配成相对位置固定的“高通低 反”与“高通低反”结合的或“低通高反”与“低通高反”结合的单一型滤光阵列组合和“低 通高反”与“高通低反”结合的或“高通低反”与“低通高反”结合的混合型滤光阵列组合， 并经不同波长激光器2的开和关，实现数种不同波长的激光激发样品及其激光激发样品的 测试。滤光阵列组合的截止滤光片1可为两组以上和四种以上不同波长激光激发。结合附图1，激光拉曼光谱仪多波激发装置由数个装有不同截止点的截止滤光片 1的三维调节架11与数个不同波长激光器2组成同一光轴激光激发样品的测试激发光路； 三维调节架11包括支撑杆3，支撑杆3 —端插入光具座12中，支撑杆3的另一端旋入支撑架4，支撑架4通过钢珠5和螺钉6，以及对应螺钉6安装的弹簧7，弹簧固定杆8与零件安 装板9连接固定，截止滤光片1安装在零件安装板9中，由固定压环10旋紧固定在零件安 装板9上；两颗螺钉6的顶头与钢珠5处于零件安装板9同一平面，通过调节两颗螺钉6的 进出，由此可调节截止滤光片1反射面方位，使反射激光照射在激发样品的同一区域激发 样品并实施样品测试。
结合附图2，在激光激发样品的测试激发光路同一光轴中设置二组截止滤光片 I-Lp I-F1，截止滤光片I-L1和I-F1为“高通低反”与“高通低反”结合的单一型滤光阵列组 合，截止滤光片I-L1和I-F1均为“高通低反”截止滤光片组，它们与对应波长激光器2-A、 激光器2-B、激光器2-C适配成相对位置固定的滤光阵列组合的不同波长的激光激发样品 的激光拉曼光谱仪多波激发装置。使用时，打开波长为473nm的蓝色激光器2-A，激光照射 到截止滤光片I-L1上，由于截止滤光片I-L1的截止点为514nm，因此截止滤光片I-L1对波 长小于截止点的激光起反射作用，此时截止滤光片I-L1相当于一面反射镜，出射光路得到 蓝色激光；打开波长为532nm的绿色激光器2-B，激光照射到截止滤光片I-F1上，由于截止 滤光片I-F1的截止点为589. 3nm,因此截止滤光片I-F1对波长小于截止点的激光起反射作 用，激光被反射到截止滤光片I-L1上，又因532nm大于514nm，所以激光可以直接透射过截 止滤光片I-L1,出射到下一级光路系统，出射光路得到绿色激光；打开波长为632. Snm的红 色激光器2-C，截止滤光片I-L1和I-F1对632. Snm的激光均起透射作用，出射光路得到红 色激光。图中M1为反射镜，反射镜M1将激光反射到样品池的样品S上A为二分之一波长 片，P1可改变激光偏振方向；Li为聚焦透镜，L1将激光聚焦在样品池的样品上；M2和M3为凹 面反射镜，反射加强散射光；L2和L3为散射成像透镜组，L2和L3将散射光聚焦在单色仪(光 谱仪)狭缝上，以便于光谱分析，P2为滤光片，滤去瑞利散射光；激光拉曼光谱仪多波激发装 置的截止滤光片1其截止点取在两相邻波长激光器2的波长之间；截止滤光片1截止点的 典型应用有 514nm、589. 3nm、656nm。结合附图3，在激光激发样品的测试激发光路同一光轴中设置二组截止滤光片 I-L2,1-F2,1-L2截止滤光片和I-F2为“低通高反”与“低通高反”结合的单一型滤光阵列组 合，截止滤光片I-L2和I-F2均为“低通高反”截止滤光片组，它们与对应波长激光器2-C、激 光器2-B、激光器2-A适配成相对位置固定的滤光阵列组合的不同波长的激光激发样品的 激光拉曼光谱仪多波激发装置。使用时，打开波长为632. Snm的红色激光器2-C，激光照射 到截止滤光片I-L2上，由于截止滤光片I-L2的截止点为589. 3nm,因此截止滤光片I-L2对 波长大于截止点的激光起反射作用，此时截止滤光片I-L2相当于一面反射镜，出射光路得 到红色激光；打开波长为532nm的绿色激光器2-B，激光照射到截止滤光片I-F2上，由于截 止滤光片I-F2的截止点为514nm，因此截止滤光片I-F2对波长大于截止点的激光起反射作 用，激光被反射到截止滤光片，又因532nm小于589.3nm，所以激光可以直接透射过 截止滤光片I-L2,出射到下一级光路系统，出射光路得到绿色激光；打开波长为473nm的蓝 色激光器2-A，截止滤光片I-L2和I-F2对473nm的激光均起透射作用，出射光路得到蓝色 激光。结合附图4，在激光激发样品的测试激发光路同一光轴中设置二组截止滤光片 I-L3U-F3，截止滤光片I-L3和I-F3为“低通高反”与“高通低反”结合的混合型滤光阵列组合，截止滤光片1-L3为“低通高反”截止滤光片，截止滤光片1-F3为“高通低反”截止滤光 片，截止滤光片1-L3与截止滤光片1呼3组成截止滤光片组，它们与对应波长激光器2-C、激 光器2-A、激光器2-B适配成相对位置固定的滤光阵列组合的不同波长的激光激发样品的 激光拉曼光谱仪多波激发装置。使用时，打开波长为632. 8nm的红色激光器2-C，激光照射 到1_L3上，由于截止滤光片1_L3的截止点为589. 3nm,因此截止滤光片1_L3对波长大于截 止点的激光起反射作用，此时截止滤光片1-“相当于一面反射镜，出射光路得到红色激光； 打开波长为473nm的蓝色激光器2-A，激光照射到截止滤光片1_F3上，由于截止滤光片1_F3 的截止点为514nm，因此截止滤光片1呼3对波长小于截止点的激光起反射作用，激光被反射 到截止滤光片1_L3上，又因473nm小于589. 3nm,所以473激光可以直接透射过截止滤光片 1_L3，出射到下一级光路系统，出射光路得到蓝色激光；打开波长为532nm的绿色激光器B， 截止滤光片1_L3和1_F3对532nm的激光均起透射作用，出射光路得到绿色激光。
结合附图5，在激光激发样品的测试激发光路同一光轴中设置二组截止滤光片 I-L4、I-F4，截止滤光片I-L4和I-F4为“高通低反”与“低通高反”结合的混合型滤光阵列组 合，截止滤光片1-L4为“高通低反”截止滤光片，截止滤光片1-F4为“低通高反”截止滤光 片。截止滤光片1-L4与截止滤光片1呼4组成截止滤光片组，它们与对应波长激光器2-A、 激光器2-C、激光器2-B适配成相对位置固定的滤光阵列组合的不同波长的激光激发样品 的激光拉曼光谱仪多波激发装置。使用时，打开波长为473nm的蓝色激光器2-A，激光照射 到截止滤光片1_L4上，由于截止滤光片1_L4的截止点为514nm，因此截止滤光片1_L4对波 长小于截止点的激光起反射作用，此时截止滤光片1_L4相当于一面反射镜，出射光路得到 蓝色激光；打开波长为632. 8nm的红色激光器2-C，激光照射到截止滤光片1_F4上，由于截 止滤光片1_F4的截止点为589. 3nm,因此截止滤光片1_F4对波长大于截止点的激光起反射 作用，激光被反射到截止滤光片1_L4上，又因632. 8nm大于514nm，所以632. 8nm激光可以 直接透射过截止滤光片1_L4，出射到下一级光路系统，出射光路得到红色激光；打开波长为 532nm的绿色激光器B，截止滤光片1_L4和1_F4对532nm的激光均起透射作用，出射光路得 到绿色激光。
权利要求
一种激光拉曼光谱仪多波激发装置，其特征在于它包括在样品测试激发光路的同一光轴中设置数组截止点大于激光波长或截止点小于激光波长的截止滤光片(1)，截止滤光片(1)与对应波长激光器(2)适配成相对位置固定的“高通低反”与“高通低反” 结合的或“低通高反”与 “低通高反” 结合的单一型滤光阵列组合和“低通高反”与“高通低反”结合的或 “高通低反”与“低通高反”结合的混合型滤光阵列组合，并经不同波长激光器(2)的开和关，实现数种不同波长的激光激发样品。
2.根据权利要求1所述的激光拉曼光谱仪多波激发装置，其特征在于“高通低反”与 “高通低反”结合的单一型滤光阵列组合是截止点大于激光波长的“高通低反”截止滤光片 I-L1与对应波长激光器2-A适配成反射光路和截止点大于激光波长的“高通低反”截止滤 光片I-F1与对应波长激光器2-B适配成反射光路；截止点小于激光波长的“高通低反”截 止滤光片I-L1与对应波长激光器2-B经截止滤光片I-F1反射适配成透射光路；截止点小于 激光波长的“高通低反”截止滤光片I-F1和I-L1与对应波长激光器2-C适配成透射光路。
3.根据权利要求1所述的激光拉曼光谱仪多波激发装置，其特征在于“低通高反”与 “低通高反”结合的单一型滤光阵列组合是截止点小于激光波长的“低通高反”截止滤光片 I-L2与对应波长激光器2-C适配成反射光路和截止点小于激光波长的“低通高反”截止滤 光片I-F2与对应波长激光器2-B适配成反射光路；截止点大于激光波长的“低通高反”截 止滤光片I-L2与对应波长激光器2-B经截止滤光片I-F2反射适配成透射光路；截止点大于 激光波长的“低通高反”截止滤光片I-F2和I-L2与对应波长激光器2-A适配成透射光路。
4.根据权利要求1所述的激光拉曼光谱仪多波激发装置，其特征在于“低通高反”与 “高通低反”结合的混合型滤光阵列组合是截止点小于激光波长的“低通高反”截止滤光片 I-L3与对应波长激光器2-C适配成反射光路和截止点大于激光波长的“高通低反”截止滤 光片I-F3与对应波长激光器2-A适配成反射光路；截止点小于激光波长的“低通高反”截 止滤光片I-L3与对应波长激光器2-A经截止滤光片I-F3反射适配成透射光路；截止点小于 激光波长的“高通低反”截止滤光片I-F3和截止点大于激光波长的“低通高反”截止滤光片 I-L3与对应波长激光器2-B适配成透射光路。
5.根据权利要求1所述的激光拉曼光谱仪多波激发装置，其特征在于“高通低反”与 “低通高反”结合的混合型滤光阵列组合是截止点大于激光波长的“高通低反”截止滤光片 I-L4与对应波长激光器2-A适配成反射光路和截止点小于激光波长的“低通高反”截止滤 光片I-F4与对应波长激光器2-C适配成反射光路；截止点小于激光波长的“高通低反”截止 滤光片I-L4与对应波长激光器2-C经“低通高反”截止滤光片I-F4反射适配成透射光路； 截止点大于激光波长的“低通高反”截止滤光片I-F4和截止点小于激光波长的“高通低反” 截止滤光片I-L4与对应波长激光器2-B适配成透射光路。
全文摘要
一种激光拉曼光谱仪多波激发装置，它包括在激光激发样品的测试激发光路同一光轴中设置数组截止点大于激光波长或截止点小于激光波长的截止滤光片，截止滤光片与对应波长激光器适配成相对位置固定的“高通低反”与“高通低反”结合的或“低通高反”与“低通高反”结合的单一型滤光阵列组合和“高通低反”与“低通高反”结合的或“低通高反”与“高通低反”结合的混合型滤光阵列组合，并经不同波长激光器的开和关，实现数种不同波长激光束激发样品的技术方案；它克服了传统测试方法必需频繁更换相应的激光器和由此带来的反复调校工作等缺陷；它适合用于不同波长的激光激发样品的激光传输光路系统。
文档编号G01N21/65GK101839860SQ201010215160
公开日2010年9月22日 申请日期2010年7月1日 优先权日2010年7月1日
发明者周达林, 曹飞, 李光辉, 赵军, 黄笃之 申请人:湖南科技大学