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一种光谱测量装置和方法

成果类型:: 发明专利

发布时间: 2023-10-16 17:34:24

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:成果发布人| 王正伦 | 2023-10-16 17:34:25

一种光谱测量装置,其特征在于,包括:激光模块、信号激发与收集模块、光谱仪、光电倍增阵列探测模块和控制与采集模块;所述激光模块用于产生稳定的激光;所述信号激发与收集模块用于在所述激光的激发下产生信号光子,并收集所述信号光子输出;所述光谱仪用于对所述收集的信号光子进行空间色散,采用光纤阵列接收和传输不同波长色散光;所述光电倍增阵列探测模块用于对不同波长色散光进行光电转换和并行倍增后获得光谱;所述控制与采集模块用于控制激光的开关与光电倍增阵列的信号采集;

本发明公开了一种光谱测量装置和方法,装置包括:激光模块、信号激发与收集模块、光谱仪、光电倍增阵列探测模块和控制与采集模块;激光模块用于产生激光;信号激发与收集模块用于在所述激光的激发下产生信号光子,并收集信号光子;光谱仪用于对信号光子进行空间色散分光,并采用光纤阵列接收和传输色散光;光电倍增阵列对色散光进行光电转换和倍增放大,采集数据获得光谱。本发明采用光电倍增阵列作为光谱测量装置的核心部件,以取代传统光谱仪中所使用的灵敏度较低的CCD相机,可大幅提升光谱探测灵敏度和光谱采集速度。同时本发明通过联用光电倍增阵列与光纤阵列,实现了光学结构更为简洁的光谱仪,极大的减小了光谱仪的体积和重量。

人们利用拉曼光谱技术来对样品的化学成分进行分子识别,拉曼光谱拥有快速性、高分辨率性和简单性等优点,在如今的生命科学、分析化学、地质探测和工业等领域内有广泛的应用。

拉曼光谱(Raman spectroscopy)是一种基于分子振动的振动光谱技术。拉曼散射最早来源于印度学家C.***在1928年发现的拉曼散射(Raman scattering)效应。当用入射光照射样品时,入射光的光子与介质分子发生非弹性碰撞,致使入射光子将一部分能量转移至介质分子或吸收介质分子的一部分能量,从而使散射光子的频率发生变化。因此通过对比拉曼光谱所反映的分子振动信息即可获得样品的化学成分。拉曼散射因其优异的化学特异性、化学选择性和无标记性,在许多科学领域内有着广泛的应用前景。

华中科技大学(Huazhong University of Science and Technology),简称华中大、华科大 ,位于湖北省武汉市,是中华人民共和国教育部直属的综合性研究型全国重点大学、位列国家“双一流”“985工程”“211工程”、入选“强基计划”“111计划”、卓越工程师教育培养计划、卓越医生教育培养计划、国家大学生创新性实验计划、国家级大学生创新创业训练计划、国家建设高水平大学公派研究生项目、国家级新工科研究与实践项目、基础学科拔尖学生培养计划2.0,是学位授权自主审核单位、全国深化创新创业教育改革示范高校、一流网络安全学院建设示范项目高校、中国政府奖学金来华留学生接收院校、教育部来华留学示范基地,为中欧工程教育平台成员和医学“双一流”建设联盟 、国际应用科技开发协作网 、全球能源互联网大学联盟成员。

本发明采用光纤阵列来实现光栅衍射光和光电倍增管之间的光传导。如果直接使用光电倍增管进行探测,由于光电倍增管的表面积过大,即使紧密排列在一起,每个通道所对应的波段也较宽,其光谱分辨率必然很低。因此,为了解决上述问题,本发明将光纤紧密排列成一维阵列,由于光纤的芯径较小,所以紧密排列后可以保证每个通道对应的波段较窄,解决了光谱分辨率的问题。同时光纤纤径越小,分辨率就越高,透镜的焦距越长,分辨率也越高。

传统光谱仪的光路在空间上只能单向通过一次,光路复杂且体积较大;为了进一步减小光谱仪体积,本发明还提出了空间复用式的光路设计,利用光的独立传播的原理,将光纤输入和光纤阵列输出集成在同一位置,给予光栅一个适当的角度使得输入光和输出光在空间上几乎重合,使得光路上的每一个空间点都被往返利用了两次,从而提升了光路的空间利用率,极大的减小了光谱仪的体积。

本专利成果采用技术转让,技术入股,技术合作等成果转化方式,希望进一步实现该专利的有益效果,有兴趣皆可面议。