1.一种单激光器的位移激发差分光谱仪,其特征在于:包括检测光路(1000)、控制模块(2000)、温控模块(3000)、可调节波长近红外激光光源(4000)和显示模块(5000);其中,所述检测光路(1000)包括:激发聚焦收集光路(1100),将可调节波长近红外激光光源发出的光线入射到样品并收集样品所散射的拉曼散射光;
分光光路(1200),对激发聚焦收集光路所收集到的光线进行分光,从而得到样品的拉曼散射光谱;
所述可调节波长近红外激光光源(4000)为激发聚焦收集光路(1100)进行提供光源,温控模块(3000)用于对分光光路(1200)中的线阵CCD进行制冷,消除热噪声干扰;
所述控制模块(2000)包括:
运算及控制中心ZYNQ芯片(2001),数据缓存模块(2002),连接显示模块(5000)的多媒体HDMI接口(2003),温控模块(3000)的制冷驱动模块(2004),驱动可调节波长近红外激光光源(4000)的光源驱动模块(2005),调试时连接PC端的千兆网口(2006)及USB接口(2007);
所述温控模块(3000)包含ADN8835恒流源及PID温控系统所需的可变电阻模块,通过制冷驱动模块(2004)调节控制所需温度,完成对线阵CCD(1205)及可调节波长近红外激光光源(4000)的可调节温控;
所述的显示模块(5000)置有触控显示屏用于信息显示,与用户交互及操作输入,与多媒体HDMI接口(2003)相连;
可调节波长近红外激光光源(4000)通过温控模块(3000)控制激发的激光波长,通过激发聚焦收集光路(1100)的聚焦部分入射至样品池中,样品池中由入射激光产生的拉曼信号通过激发聚焦收集光路(1100)的收集部分由光纤输入至分光光路(1200),分光光路(1200)中线阵CCD采集收到的拉曼光信号并转换为电信号传输至控制模块(2000),控制模块传输至显示模块(5000)中完成显示,完成一次采集;差分处理需要通过PID温控系统修改可调节波长近红外激光光源的工作温度完成两次采集后通过控制模块中的ZYNQ处理器完成对拉曼光谱数据的差分、去噪、重建、基线校正处理,最终得到样品的差分光谱。
2.根据权利要求1所述的一种单激光器的位移激发差分光谱仪,其特征在于,所述激发聚焦收集光路(1100)包括:用于入射光准直的准直透镜(1101);滤除可调节波长近红外激光光源外的环境光的窄带通滤光片(1102);用于简化光路的银质镀膜高效反射镜(1103),银质镀膜高效反射镜(1103)包括介质多层镀膜,能够完成45度入射的可调节波长近红外激光光源产生的785nm附近波长激光的反射并完成对入射样品拉曼信号的透射;二向色镜(1104);将入射光聚合同时对样品拉曼信号进行汇散的聚焦采集透镜(1105);对反射回的光线进行滤光的高通滤光片(1106),过滤的光包括环境光、瑞利散射;汇聚透镜,将过滤后的拉曼信号汇聚至光纤耦合口(1107),使得足够光强的拉曼信号进入分光光路,该部分通过光纤与分光光路(1200)相连。
3.根据权利要求1所述的单激光器的位移激发差分光谱仪,其特征在于,所述分光光路(1200)包括:狭缝(1201),作为分光光路入口用于控制进光量;准直镜(1202),对入射光进行准直,使得光线能平行的入射到平面全息衍射光栅表面;平面全息衍射光栅(1203),色散分光后光线经过聚焦镜(1204)聚焦至线阵CCD(1205)。
4.根据权利要求1所述的单激光器的位移激发差分光谱仪,其特征在于,所述控制模块(2000)包括:运算及控制中心ZYNQ芯片(2001)完成对拉曼光谱数据的差分、去噪、重建、基线校正处理,数据缓存模块(2002)作为数据缓存中心,连接显示模块(5000)的多媒体HDMI接口(2003),温控模块(3000)的制冷驱动模块(2004),驱动可调节波长近红外激光光源(4000)的光源驱动模块(2005),调试时用于连接PC端的千兆网口(2006)及USB接口(2007)。
5.根据权利要求1所述的单激光器的位移激发差分光谱仪,其特征在于,所述可调节波长近红外激光光源(4000)采用对激光器的温控来实现激光器波长的差分控制,通过温控模块(3000)调节波长的可调节波长近红外激光光源在保证了激光中心波长精度的同时能进行780nm 790nm范围的调整并且稳定工作,减小了可调节波长近红外激光光源的体积并简~化了激光器波长改变的使用流程。
6.根据权利要求1所述的单激光器的位移激发差分光谱仪,其特征在于,对于光谱差分重建采用一维积分后通过基线校正得到最终拉曼光谱,获取到的光谱总信号S通常包含拉曼信号、激光信号、杂散光以及光电传感器中带有的暗电流噪声,总信号S可表示为:其中 不同的入射激光的频率, 和 表示的是噪声强度和拉曼强度;
用 、 表示两次不同波长入射激光得到的总信号,V1、v2表示两次不同波长入射激光的频率;由于入射激光波长的细微变动会使得 噪声项不会随着入射激光频率的变化而发生改变,可以得到
S= ‑ = ,即差分后的光谱,在此条件下,通过一维积分重建可得到
差分光谱;在差分光谱中产生一个类似于基线的偏差;使用BEADS算法进行基线校正,利用ZYNQ核心完成差分、重建以及基线校正。
7.根据权利要求3所述的单激光器的位移激发差分光谱仪,其特征在于,所述的分光光路的线阵CCD(1205)具有2048个像素点和14x1000μm的像素尺寸;该传感器在近红外区域具有高量子效率和图像分辨率,并内置TEC制冷,通过热电冷却控制器ADN8835实现PID温控。
8.如权利要求1所述的单激光器的位移激发差分光谱仪,其特征在于,所述的可调节波长近红外激光光源(4000)包括高性能光纤耦合半导体激光器K785AFLFN‑0.600W及下方通过导热硅脂粘合的铝制散热块帮助散热完成温控。