多功能顯微共焦光譜儀的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及顯微光譜儀技術領域，具體涉及具有低成本優(yōu)勢且便于擴展的一種多功能顯微共焦光譜儀。
【背景技術】
[0002]現有的顯微共焦光譜儀集成了激光器、顯微鏡、共焦針孔、光柵和探測器，如圖1所示。在這些商業(yè)化的拉曼光譜儀中，光柵和探測器已與顯微共焦光路集成在一起而無法分離，使得功能不便擴展。并且，整套系統(tǒng)的集成使得光譜儀的使用成本非常高，例如市場上普通型的商業(yè)化顯微共焦光譜儀的價格非常昂貴。
[0003]此外，對于顯微共焦光譜儀而言，如何使得激光斑點與共焦孔在樣品上的像點一致，是能夠測到光譜和提高光譜儀信噪比的關鍵。同時，顯微物鏡的光學通孔非常小，如果使得激光能準直地入射到樣品也是非常重要的問題。隨著光譜儀系統(tǒng)集成度越來越高，光譜儀的自動化程度也逐漸提高，以至于不同激光器的切換，光學濾光片的選取，探測器出口的配置等都完全自動化。自動化的提高使得使用者操作非常方便，但關鍵光學元件的全自動化對儀器在長時間工作狀態(tài)下的穩(wěn)定性提出了很高要求。但在測試過程中，不可避免要更換激光器，因此就要更換相應的光學濾光片，如果把可見光激光器更換成紫外激光器，除了光學濾光片外，還要更換相應的紫外物鏡。另外，在測試過程中，還可能需要更換不同倍數和工作距離的顯微物鏡。更換如上光譜儀的任何元件，采用全自動光譜儀都很難對激光進行共焦準直調節(jié)。因此，作為一個多功能譜儀來說，在更換很多光學元件情況下如何實現快速光路準直，是全自動譜儀很難實現的，還需要根據實際情況，合理設計光路，通過手動設置來達到目的。
[0004]現有的顯微共焦光譜儀普遍缺乏兩個以上(含兩個)的探測器出口，使得在測試不同測試范圍的光譜信號時，不得不需要兩臺以上的光譜儀。
[0005]綜上，有必要提供一種成本低、操作簡便以及光路布置合理的多功能顯微共焦光譜儀。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的主要目的在于提供一種成本低、操作簡便以及光路布置合理的多功能顯微共焦光譜儀。
[0007]為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種多功能顯微共焦光譜儀，該多功能顯微共焦光譜儀包括:一光學平臺；以及設置于該光學平臺上的第二激光器模塊、光路耦合與輸出主模塊、第一激光器模塊、照明觀測模塊、顯微模塊、第一信號檢測模塊、第二信號檢測模塊和第三信號檢測模塊;其中，該光路耦合與輸出主模塊以及照明觀測模塊具有一共同基座，第一激光器模塊固定在該基座后側面，顯微模塊固定在該基座前側面，第一信號檢測模塊固定在該基座右側面，第二和第三信號檢測模塊固定在該基座后側面。
[0008]上述方案中，該第二激光器模塊包括至少兩個激光器LS3和LS4，相應的反射鏡ML3和ML4，以及第三提升器SM3;
[0009]該光路耦合與輸出主模塊包括光學濾光片0?1\至少8個反射鏡肌、12、13、14、15、M45、M6及M7，至少三個聚焦透鏡LNSl、LNS2及LNS3，以及至少三個輸出窗Wl、W2及W3;該顯微模塊包括顯微物鏡OBJ和相應的調焦裝置;該第一信號檢測模塊包括光柵光譜儀GSPY及其控制系統(tǒng);該第二信號檢測模塊包括單道探測器SD及其控制系統(tǒng);該第三信號檢測模塊包括連接光纖FBR，光纖光譜儀GXPY及其控制系統(tǒng);光纖光譜儀GXPY置于光學平臺上；該第一激光器模塊包括至少兩個激光器LSl和LS2，以及相應的第一提升器SMl和第二提升器SM2;其中，該第一激光器模塊固定在該光路耦合與輸出主模塊基座的后側面，并通過其中的第一提升器SMl和第二提升器SM2將第一激光器模塊輸出的激光提升到光路耦合與輸出主模塊中的內部光路;該第二激光器模塊固定在該光路耦合與輸出主模塊基座的左側面，并通過其中的反射鏡ML3和ML4以及第三提升器SM3將第二激光器模塊輸出的激光提升到光路耦合與輸出主模塊中的內部光路;通過設置該光路耦合與輸出主模塊中的內部光路來選擇激光器LS1、LS2、LS3和LS4中的一個作為激發(fā)光源，并將激發(fā)光向顯微模塊輸出以對樣品進行照射，進而允許樣品反射光和照射后的散射信號光回射于其中，進而利用可更換的光學濾光片OFT來獲得純凈的散射信號光;進而進一步將獲得的散射信號光通過光路輸送給第一窗Wl、第二窗W2和/或第三窗W3;從第一窗Wl、第二窗W2和/或第三窗W3輸出的散射信號光輸入到相應的三個信號檢測模塊中進行共焦信號檢測。
[0010]上述方案中，該第一激光器模塊中的兩個激光器LSl和LS2的波長與該第二激光器模塊中的兩個激光器LS3和LS4的波長均不相同。
[0011]上述方案中，激光器LSl出射的激光先經第一提升器SMl進行提升并進入光路耦合與輸出主模塊，提升后的激光入射到反射鏡Ml上，經由反射鏡Ml再反射到反射鏡M2上，經由反射鏡M2反射的激光入射到光學濾光片OFT上;激光器LS2出射的激光先經第二提升器SM2進行提升并進入光路耦合與輸出主模塊，提升后的激光入射到反射鏡M3上，經由反射鏡M3再反射到反射鏡M4上，隨后依次經由反射鏡M4、反射鏡Ml、反射鏡M2反射，經由反射鏡M2反射的激光入射到光學濾光片OFT上;激光器LS3發(fā)出的激光先由反射鏡ML3反射，隨后經提升器SM3將激光提升并耦合進入光路耦合與輸出主模塊，隨后依次經由反射鏡M5、M1、M2進行反射，經由反射鏡M2反射后的激光入射到光學濾光片OFT上;激光器LS4發(fā)出的激光先由反射鏡ML4反射，隨后經提升器SM3將激光提升并耦合進入光路耦合與輸出主模塊，隨后依次經由反射鏡M5、M1、M2進行反射，經由反射鏡M2反射后的激光入射到光學濾光片OFT上;光學濾光片OFT將激光反射到45度傾斜放置的反射鏡M45，激光被反射鏡M45反射后豎直向下傳播，進入顯微模塊的顯微物鏡OBJ，經顯微物鏡OBJ聚焦照射到樣品SMP上；同時，顯微物鏡OBJ收集來自樣品的豎直向上的激光反射光和散射信號光經反射鏡M45反射后水平入射到光學濾光片OFT;光學濾光片OFT將激光反射光濾除并衰減到只有原來的1/106至1/1012，而使得絕大部分的散射信號光透過光學濾光片OFT供后續(xù)的信號檢測模塊檢測；反射鏡M6將透過該光學濾光片OFT的散射信號光反射后穿過小孔HL，照射到匯聚透鏡LNSl上，經由匯聚透鏡LNSl匯聚的散射信號光穿過第一輸出窗W1，并聚焦到第一信號檢測模塊的狹縫SLT上；其中，小孔HL固定在一隔板上且其大小可調，該隔板把光路耦合與輸出主模塊分隔為左右兩室以隔離激光雜散光;透過光學濾光片OFT的散射信號光經透鏡LNS2匯聚后穿過第二輸出窗W2，并聚焦到第二信號檢測模塊的單道探測器SD中心，進而由單道探測器SD所檢測;反射鏡M7將被反射鏡M6反射然后穿過小孔HL的散射信號光反射到匯聚透鏡LNS3上，經匯聚透鏡LNS3匯聚的散射信號光穿過第三輸出窗W3，并聚焦到第三信號檢測模塊的連接光纖FBR入口后，由連接光纖FBR將散射信號光傳輸到光纖光譜儀GXPY進行檢測。
[0012]上述方案中，提升器SMl、SM2和SM3中所包含的各反射鏡的角度，以及反射鏡ML3、ML4、M1、M2、M4、M45、M5、M6和M7的角度均二維可調，且其調節(jié)架分別放置在具有兩個固定位置的其各自對應的滑軌上;根據各個反射鏡位于其對應滑軌的兩個固定位置的不同，來選擇不同的激光、散射信號光和/或輸出窗。
[0013]上述方案中，匯聚透鏡LNSl、LNS2和LNS3分別放置于三維平移調節(jié)架上，通過調節(jié)三維平移調節(jié)架的三個平移軸，不僅可在二維豎直方向上調節(jié)三個匯聚透鏡的位置，還可在光軸方向調節(jié)三個匯聚透鏡的位置，使得散射信號光可以分別精確入射并聚焦到到三個信號檢測模塊的信號輸入口中心。
[OOM]上述方案中，該光學濾光片OFT為陷波拉曼濾光片、邊帶拉曼濾光片、高通濾光片或低通濾光片。
[0015]上述方案中，反射鏡M2放置于豎直二維角度調節(jié)架上，而該豎直二維角度調節(jié)架又放置于二維平移臺上；調節(jié)二維平移臺可使激光入射到反射鏡上的不同位置，而豎直二維角度調節(jié)架用來調節(jié)反射鏡方向使其將激光反射到光學濾光片OFT的中心；二維平移臺和豎直二維角度調節(jié)架的組合使用，能夠精確地調節(jié)激光入射到光學濾光片OFT中心的角度;光學濾光片OFT固定在一個豎直二維角度調節(jié)架上;豎直二維角度調節(jié)架可插拔地置于一個固定在光學平臺上的支柱上；當更換不同波長激光時，將固定有相應光學濾光片OFT的豎直二維角度調節(jié)架更換到該支柱上；調節(jié)豎直二維角度調節(jié)架的螺紋，即可使激光入射到顯微模塊的顯微鏡物鏡OBJ;通過該豎直二維角度調節(jié)架與