(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210981248.5 (22)申请日 2022.08.16 (71)申请人 元珵科技 （北京） 有限公司 地址 100070 北京市丰台区海鹰路8号院3 号楼7层707室 (72)发明人 黄山云　陈鹤　王桐　谢晗　 陈津津　朱乾　 (74)专利代理 机构 南京众联专利代理有限公司 32206 专利代理师 谢振龙 (51)Int.Cl. G01J 3/44(2006.01) G01J 3/02(2006.01) G01N 21/65(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种拉曼探 头及其工作系统和工作方法 (57)摘要 本发明公开了一种拉曼探头及其工作系统 和工作方法， 属于光学仪器领域， 该探头包括光 源， 滤光结构， 驱动机构， 聚焦透镜， 以及信号收 集装置， 从光源发出的激发光依次经过带通滤光 膜， 然后经聚焦透镜汇聚于被测样品， 样品被激 发的散射光经聚焦透镜汇聚后通过长通滤光膜， 最后汇聚于信号收集装置； 所述滤光结构过滤光 源在传输介质中的拉曼散射和其他杂光， 以及样 品被激发的散射光中的瑞利散射光和其他杂光， 所述聚焦透镜与驱动机构连接， 实现精准位移或 改变焦距， 从而动态调整拉曼探头探测深度； 该 探头不仅能高效收集拉曼信号， 同时还可灵活适 应不同的检测场景， 无需频繁更换探头， 使用方 便， 且节约成本 。 权利要求书2页 说明书6页 附图7页 CN 115420382 A 2022.12.02 CN 115420382 A 1.一种拉曼探头工作系统， 其特征在于： 包括光源， 滤光结构， 驱动机构， 聚焦透镜， 以 及信号收集装置， 所述滤光结构为镀在光源出射端面， 或位于光源和聚焦透镜之间的基底 玻璃片外表面， 或聚焦透镜外表面， 或信号收集器端面的滤光膜； 所述聚焦透镜通过驱动机 构调节拉曼探 头探测距离 。 2.根据权利要求1所述的拉曼探头工作系统， 其特征在于： 所述 聚焦透镜为液体填充透 镜， 所述液体填充透镜包括两片密封连接的透光率高于50%的弹性聚合薄膜作为透镜的前 后端面， 以及与其连通的容液仓， 容液仓内存储有透光率高于50%的液体， 通过驱动机构挤 压容液仓， 从而改变聚合薄膜形变量， 进 而改变透 镜焦距， 从而改变拉曼探 头探测距离 。 3.根据权利要求1所述的拉曼探头工作系统， 其特征在于： 所述聚焦透镜为球透镜、 凸 透镜、 轴棱锥透镜、 梯度折射率透镜任一种， 所述驱动机构与聚焦透镜固定连接， 通过驱动 机构移动聚焦透 镜， 从而改变拉曼探 头探测距离 。 4.根据权利要求1所述的拉曼探头工作系统， 其特征在于： 所述 聚焦透镜为若干凹凸透 镜的组合透镜， 其首尾端透镜与外壳固定连接， 中间每块透镜独立与驱动机构连接， 通过驱 动机构精准移动中间的每块透 镜， 从而改变组合透 镜焦距， 也即改变拉曼探 头探测距离 。 5.根据权利要求1所述的拉曼探头工作系统， 其特征在于： 所述光源为一根与激光器连 接的激发光纤， 所述信号收集装置为围绕光源的若干接 收光纤， 所述信号收集装置端面采 用球面或斜面， 所述带通滤光膜允许波长782nm至788nm光通过； 所述长通滤光膜允许波长 810nm至1300nm光通过， 所述滤光结构为设置于光源到聚焦透镜 之间的带通滤光膜， 以及设 置于聚焦透镜到信号收集装置之间的长通滤光膜； 所述带通滤光膜镀在光源出射端面， 或 镀在置于光源和聚焦透镜间基底玻璃片外表面中心， 或非液体聚焦透镜外表面中心任一 处， 且为实心圆形， 大小与光源相匹配； 所述长通滤光膜镀在信号接收装置端面， 或置于信 号收集装置和聚焦透镜间基底玻璃片外表面， 或非液体聚焦透镜外表面任一处， 且大小和 形状与信号收集装置相匹配。 6.一种拉曼探头的工作系统工作方法， 其特征在于： 从光源发出的激发光依次经过滤 光结构， 然后经聚焦透镜汇 聚于被测样品， 样品被激发的散射光经聚焦透镜汇 聚后通过滤 光结构， 最后汇聚于信号收集装置， 所述滤光结构过滤传输介质中的拉曼散射光， 以及样品 被激发的瑞利散射 光和其他背景杂光， 所述驱动结构改变聚焦透 镜位置或焦距。 7.一种拉曼探头， 其特征在于： 包括激发光纤， 围绕激发光纤的若干接收光纤， 位于光 纤束边缘等距环形分布有若干根导电线， 封装激发光纤和接收光纤、 导电线的绝缘外壳一； 以及依次设置于光纤端面外侧的滤光结构和聚焦透镜； 所述滤光结构为设置于激发光纤到 聚焦透镜之间的带通滤光膜， 以及设置于聚焦透镜到接 收光纤之间的长通滤光膜； 还有封 装滤光结构、 聚焦透镜的绝缘外壳二， 所述外壳二外套于外壳一， 彼此密封固定连接， 所述 激发光纤、 聚焦透镜共轴， 所述导电线伸出光纤束端面， 与驱动机构固定连接； 所述环形驱 动机构与聚焦透 镜连接。 8.根据权利要求7所述的拉曼探头， 其特征在于： 所述聚焦透镜为液体填充透镜， 所述 液体填充透镜 设有套环， 所述套环包括外环和内环， 内环外径小于外环内径， 所述套环近光 源端开口， 另一端封闭但开有若干通孔， 所述内环和外环空隙间设有封闭弹性环， 弹性环内 部中空形成环形腔， 所述 弹性环在内外环的连接端设有若干通道， 所述通道与 环形腔连通， 并穿过通孔， 与设置于套环径向的两片圆形闭合高透光性弹性聚合物薄膜连通， 所述弹性权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115420382 A 2环与聚合物薄膜形成完整密闭腔室， 所述腔室内填充有高透光液体， 所述聚合物薄膜直径 等于内环内径， 所述聚合物薄膜厚度由圆心至边缘逐渐增厚； 所述套环开口端内嵌入环形 驱动机构， 所述 驱动机构厚度小于内外环间空隙， 所述内外环连接端外侧固定连接固定环， 所述固定环与套环接触端设有若干与连接通道相匹配的凹槽， 所述固定环内外径与套环的 内外径相等； 所述固定环另一端固定连接一环形玻璃片， 所述固定环、 环形玻璃片固定于外 壳二内壁。 9.根据权利要求7所述的拉曼探头， 其特征在于： 所述聚焦透镜为球透镜、 凸透镜、 轴棱 锥透镜、 梯度折射率透镜任一种， 固定于环形基底， 所述环形基底外表面设有径向凸起的导 轨， 所述外壳二设有与其相匹配的凹槽， 所述外壳二与环形基底通过所述导轨与 凹槽滑动 连接， 所述驱动机构固定连接 于环形基底近光纤侧。 10.根据权利要求7所述的拉曼探头， 其特征在于： 所述聚焦透镜为若干凹凸透镜的组 合透镜， 每块透镜固定于环形基底内， 其首端和尾端透镜的环形基底固定于外壳二内， 与首 尾端透镜之 间的透镜连接的环形基底外表面设有径向凸起的导轨， 所述外壳二设有与其相 匹配的凹槽， 所述外壳二与环形基底通过所述导轨与凹槽滑动连接， 每个环形基底与独立 的环形驱动机构固定连接， 环形驱动机构均设置为近光纤侧， 每个位于前端的环形基底边 缘都开有与后端环形驱动机构连接的导电线相匹配的凹槽， 所述环形驱动机构直径小于环 形基底直径。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115420382 A 3