(19)国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202123248249.9 (22)申请日 2021.12.2 2 (73)专利权人 中国科学院西安 光学精密机 械研 究所 地址 710119 陕西省西安市高新区新型工 业园信息大道17号 (72)发明人 张普　王博　朱香平　豆西博　 赵卫　 (74)专利代理 机构 西安智邦专利商标代理有限 公司 6121 1 专利代理师 王少文 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) G01N 21/65(2006.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明 专利 (54)实用新型名称 一种皮秒时间分辨激光拉曼光谱测量装置 (57)摘要 本实用新型涉及一种拉曼光谱测量装置， 具 体涉及一种皮秒时间分辨激光拉曼光谱测量装 置， 解决现有的时间分辨拉曼光谱探测， 时间分 辨率低且成本高的技术问题； 该皮秒时间分辨激 光拉曼光谱测量装置包括激光器、 第一光束调节 模块、 第二光束调节模块、 编码模块以及采集模 块； 第一光束调节模块将激光器的出射光调节后 入射至待测样品； 第二光束调节模块用于接收待 测样品的散射光； 编码模块包括 沿第二光束调节 模块出射光路依次设置的光栅光谱仪、 第一准直 镜、 振镜单元、 多狭缝编码模板和消色散器件； 光 栅光谱仪将待测样品出射的散射光分光， 并出射 光谱带； 实现 降低拉曼光谱测试的成本， 并提高 时间分辨 率。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 217112030 U 2022.08.02 CN 217112030 U 1.一种皮秒时间分辨激光拉曼光谱测量装置， 其特征在于： 包括激光器(2)、 第一光束 调节模块、 第二 光束调节模块、 编码模块以及采集模块； 所述第一 光束调节模块将激光器(2)的出射 光调节后入射至待测样品(8)； 所述第二 光束调节模块用于 接收待测样品(8)的散射 光； 所述编码模块包括沿第二光束调节模块出射光路依次设置的光栅光谱仪(11)、 第一准 直镜(12)、 振镜单 元、 多狭缝编码模板(15)和 消色散器件(16)； 所述光栅光谱仪(1 1)将待测样品(8)出射的散射 光分光， 并出射 光谱带； 所述振镜单 元用于将光 栅光谱仪(1 1)出射的光谱带入射至多狭缝编码模板(15)上； 所述多狭缝编码模板(15)用于将振镜单 元出射的光谱带进行编码； 所述消色散器件(16)用于将通过多狭缝编码模板(15)编码后的光谱带还原为复合光； 所述采集模块包括依次连接的单点探测器(17)、 同步控制单 元(18)和控制电脑(19)； 所述单点探测器(17)位于消色散器件(16)的出射 光路上； 所述单点探测器(17)用于将消色散器件(16)还原后的复合光转化成电信号， 并且传输 至同步控制单 元(18)； 所述同步控制单元(18)用于同步采集激光器(2)的激光脉冲信号和单点探测器(17)转 化的电信号并传入 控制电脑(19)； 所述控制电脑(19)用于将同步控制单 元(18)传入的激光脉冲信号和电信号进行解码。 2.根据权利要求1所述的一种皮秒时间分辨激光拉曼光谱测量装置， 其特 征在于： 所述第一光束调 节模块包括沿激光器(2)出射光路依次设置的第一反射镜(3)、 第二反 射镜(4)、 扩束器(5)、 第三反射镜(6)和第四反射镜(7)； 所述扩束器(5)用于将第二反射镜(4)反射后的光束集中入射至第三反射镜(6)； 所述 待测样品(8)位于第四反射镜(7)的出射 光路中； 所述第二 光束调节模块包括 卡赛格林单元； 所述卡赛格林单元设置在待测样品(8)散射 光路上， 用于收集待测样品(8)的散射 光。 3.根据权利要求2所述的一种皮秒时间分辨激光拉曼光谱测量装置， 其特征在于： 所述 卡赛格林单元包括沿待测样品(8)散射 光路依次设置的凹面镜(10)和凸面镜(9)。 4.根据权利要求1所述的一种皮秒时间分辨激光拉曼光谱测量装置， 其特 征在于： 所述第一光束调节模块包括沿激光器(2)出射光路依次设置的第二准直镜(24)、 第一 聚焦镜(20)和分束镜(21)； 所述分束镜(21)用于透射第一聚焦镜(20)的出射光至待测样品(8)， 并反射待测样品 (8)的散射 光； 所述第二光束调 节模块包括沿分束镜(21)反射光依次设置的滤波片(22)、 第一反射镜 (3)和第二聚焦镜(23)； 所述滤波片(2 2)用于滤除待测样品(8)产生的瑞利散射 光。 5.根据权利要求1 ‑4任一所述的一种皮秒时间分辨激光拉曼光谱测量装置， 其特征在 于： 所述激光器(2)光源为单色激光； 所述振镜单 元由振镜X(13)和振镜 Y(14)构成； 所述多狭缝编码模板(15)为哈达玛变换光调制的编码模板， 由多个透光或不透光的刻 槽相间组成， 每 个刻槽宽度取值 为5‑200 μm。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 217112030 U 2一种皮秒时间分辨激光拉曼光谱测量装 置 技术领域 [0001]本实用新型涉及一种拉曼光谱测量装置， 具体涉及一种皮秒时间分辨激光拉曼光 谱测量装置 。 背景技术 [0002]激光拉曼光谱是一种探测分子特征信息 的强大工具， 已经广泛应用于化工生产、 生物医学、 环境保护、 食品安全等领域。 但是对于很多样品， 激光激发会产生很强的荧光信 号， 在某些场合， 荧光信号的强度甚至可能比拉曼光谱高几个数量级， 可能导致微弱的拉曼 光谱淹没在荧光背景中， 特别是在生物医学、 食品非法添加物检测、 农药检测等方面， 荧光 现象尤其 突出， 想要得到高质量的拉曼光谱， 必须对荧 光采取一定的抑制措施。 [0003]近年来， 研究人员提出了一些新型激光拉曼光谱技术消除或降低荧光； 如移频激 发拉曼光谱(Shifted  excitation  Raman difference  spectroscopy,SERDS)， 即采用两个 波长相近的激光分别激发待测样品得到两条原始拉曼光谱， 将两条原始拉曼光谱相减得到 差分光谱； 由于荧光信号几乎不会随着激发波长的变化而变化， 相反拉曼光谱却会紧密跟 随激发波长的变化而发生移动， 所以在差分光谱中荧光的光谱信号几乎被完全消除， 而拉 曼光谱却能够保留下来， 通过数学方法可准确重构出不包含荧光背 景的拉曼光谱。 S ERDS技 术对测试过程中的稳定性、 一致性要求很高， 如果不同波长的测试条件有细微的区别， 可能 会导致重构过程中产生不属于待测样品的杂峰； 另外， 使用紫外激光(波长小于300nm)或红 外激光(波长大于800nm)作为激发源也会在一定程度上降低荧光背景， 但是对于待测样 品 具有选择性， 对于某些生物待测样品、 文物制品可能不 适用。 [0004]通常待测样品的荧光寿命在几百皮秒(ps)到几十纳秒(ns)范围， 拉曼光谱的产生 和持续时间在ps量级， 利用短脉冲皮秒 激光器作为光源， 设定合适的门控时间窗口， 可以将 拉曼光谱和荧光信号分隔开分别测 量， 在数据 处理的过程中去除长寿命的荧光光子信号， 可以有效提高拉曼光谱的信噪比。 目前现有的时间分辨拉曼光谱多采用ICCD、 ICM OS等面探 测器实现拉曼光谱成像探测， 其成本高， 而且时间分辨率较低， 仅能达到ns量级； 采用SPAD 阵列可实现皮秒时间分辨拉曼探测， 但S PAD阵列的时间分辨 率低， 成本高。 实用新型内容 [0005]本实用新型的目的是解决现有的时间分辨拉曼光谱探测， 时间分辨率低及成本高 的技术问题， 而提供一种皮秒时间分辨激光拉曼光谱测量装置， 实现降低拉曼光谱测试 的 成本， 并提高时间分辨 率。 [0006]为解决上述 技术问题， 本实用新型 所采用的技 术方案为： [0007]一种皮秒时间分辨激光拉曼光谱测量装置， 其特殊之处在于： 包括激光器、 第一光 束调节模块、 第二 光束调节模块、 编码模块以及采集模块； [0008]第一光束调节模块将激光器的出射 光调节后入射至待测样品； [0009]第二光束调节模块用于 接收待测样品的散射 光；说　明　书 1/5 页 3 CN 217112030 U 3