一种激发波长可调谐微区荧光光谱测量系统的制作方法

1.本实用新型涉及样品光学检测领域，具体地说是激发波长可调谐微区荧光光谱测量系统。


背景技术：

2.荧光光谱测量系统是利用激发光源激发样品分子特征谱段后，收集齐辐射的荧光光强的过程，对荧光光谱的测量可以辅助分析材料的发光特性。
3.荧光光谱的测量方法为激发光源激发样品特征谱段，样品辐射荧光，利用光谱仪对荧光进行收集与光谱显示。
4.在荧光光谱测量过程中，激发光源可以为氙灯或激光光源，当利用氙灯进行激发时，由于氙灯不是完美的点光源，在聚焦时无法使焦点直径更小而无法对被测样品进行显微原位测量，从而无法应用于固体样品，当利用激光光源进行激发时，由于激光光源波长的单一性而无法测量荧光光强与激发波长的依赖性。
5.对于高压样品或低温样品，由于其样品分布无法实现完全均匀，在重复试验中希望可以对被测样品进行原位测量，即多次测量过程中可以获得样品相同位置的荧光光谱，同时，又希望可以改变激发波长从而获得荧光光强与激发波长之间的相关性，在目前的报道成果中还没有能同时满足以上要求的。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供激发波长可调谐微区荧光光谱测量系统，在测量前利用显微成像实现对样品区的显微成像与对焦，并可以实现对高压模块以及低温样品的微区原位荧光光谱测量。
7.本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：激发波长可调谐微区荧光光谱探测系统，包括氙灯、单色仪、快门、反射式物镜一、反射式物镜二、可移动分束片一、高通滤波片、聚焦镜一、可移动分束片二、光谱采集系统和显微成像系统；
8.其中，单色仪、快门、反射式物镜一、被测样品、反射式物镜二、可移动分束片、高通滤波片、聚焦镜一、可移动分束片二依次呈线性排列；
9.所述氙灯设于单色仪入口处；所述反射式物镜一、反射式物镜二之间设有用于放置被测样品的空间；
10.所述可移动分束片二的透射光路上设有光谱采集系统，反射光路上设有显微成像系统；
11.所述可移动分束片一的入射光路上依次设有白光光源和聚焦镜二，所述可移动分束片一的反射光路与线性排列方向相反。
12.对被测样品进行显微成像时，可移动分束片一位于反射式物镜一和高通滤波片之间，可移动分束片二位于聚焦镜一和光谱采集系统的传光光纤端头之间；白光光源发出的白光依次经过聚焦镜二、可移动分束片一和反射式物镜二照亮被测样品，使被测样品依次
经过反射式物镜、可移动分束片、高通滤波片以及聚焦镜后在显微成像系统中成像。
13.对被测样品进行荧光光谱测量时，可移动分束片一与可移动分束片二移出线性排列，氙灯发出的激发光经单色仪分光后的光束作为激发光，经反射式物镜一聚焦于被测样品上，使被测样品受激发后辐射荧光，依次经反射式物镜二、高通滤波片、聚焦镜聚焦至光谱采集系统。
14.所述可移动分束片一与可移动分束片二分别设于二维电动偏转架上，使可移动分束片一与可移动分束片二在垂直于线性排列方向的平面上移动，以实现移入或移出线性排列。
15.所述传光光纤端头固定于光纤耦合器上，所述光纤耦合器设于二维手动调整架上，使传光光纤端头的入射端口轴线与线性排列方向重合。
16.所述被测样品为旋涂的固体样品、金刚石对顶砧高压模块、低于设定室温环境温度的样品中的一种。
17.所述显微成像系统包括ccd相机、第二数据传输线和第二计算机，其中ccd相机通过第二数据传输线与第二计算机相连；所述ccd相机设于可移动分束片的反射光路上。
18.所述光谱采集系统包括依次连接的传光光纤、光谱仪、第一数据传输线、第一计算机，其中传光光纤未连接的一端设有传光光纤端头。
19.所述反射式物镜一、反射式物镜二之间用于设置被测样品。
20.所述传光光纤端头与显微成像系统中的ccd相机位置共轭。
21.本实用新型具有以下有益效果及优点：
22.本实用新型设有可移动分束片一与可移动分束片二，所述可移动分束片一移动至反射式物镜二与高通滤波片之间且可移动分束片二移动至聚焦镜一与传光光纤端头之间时，可以白光光源照亮被测样品，所述被测样品在显微成像系统成像可进行选区对焦，且传光光纤端头与显微成像系统位置共轭，传光光纤端头也在显微成像系统成像，荧光光谱测量时，所述可移动分束片一与所述可移动分束片二移出光路，激发光束激发被测样品出射荧光，光谱采集系统对所述荧光进行采集，所述相关设计使系统同时具有显微成像与荧光光谱测量的功能，显微成像配合传光光纤对被测样品辐射荧光的微区采集的设计，可以对固体样品特别是高压样品与低温样品进行原位荧光光谱测量，保证了在重复实验可以进行原位测量，在使用氙灯与单色仪作为激发光源的设计，弥补了激光作为激发光源无法改变激发波长的空白，从而可以获得荧光光谱随激发波长之间的变化关系。
附图说明
23.图1为本实用新型的结构示意图；
24.图2a为本实用新型的光纤端头对样品荧光微区采集方法示意图一；
25.图2b为本实用新型的光纤端头对样品荧光微区采集方法示意图二。
26.其中，1为氙灯，2为单色仪，3为快门，4为射式物镜一，5为被测样品，6为反射式物镜二，7为可移动分束片一，8为高通滤波片，9为聚焦镜一，10为可移动分束片二，11为传光光纤端头，12为传光光纤，13为光谱仪，14为第一数据传输线，15位第一计算机，16为ccd相机，17为第二数据传输线，18为第二计算机，19聚焦镜二，20白光光源。
具体实施方式
27.下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步的详细说明。
28.本实用新型涉及样品光学检测领域，具体地说是激发波长可调谐微区荧光探测系统，其中单色仪、快门、反射式物镜一、被测样品、反射式物镜二、可移动分束片一、高通滤波片、聚焦镜、可移动分束片二和传光光纤端头依次呈一线排列，显微成像时，传光光纤端头与成像相机位置共轭，可移动分束片一和可移动分束片二移入系统中，白光光源出射的白光经过可移动分束片一与反射式物镜二照亮被测样品，使被测样品可以在成像相机上成像，且传光光纤端头可以在成像相机上成像，荧光探测时，可移动分束片一与可移动分束片二移出系统，氙灯经单色仪出射的激发光激发被测样品，被测样品出射的荧光经聚焦镜聚焦于传光光纤端头，实现荧光采集。本实用新型可以通过单色仪来实现激发光源的波长调谐，通过显微成像来实现被测样品微区荧光测量，并根据需要实现显微成像与荧光采集的切换，可以实现对固体样品特别是高压模块样品和低温样品的微区荧光探测。其中，高压是指被测样品所处环境高于标准大气压的压强，该环境由金刚石对顶砧提供。低温是指温度低于室温的环境温度，该环境由真空腔体配合冷却棒提供。
29.激发波长可调谐微区荧光光谱测量系统，包括氙灯、单色仪、快门、反射式物镜一、被测样品、反射式物镜二、可移动分束片一、高通滤波片、聚焦镜一、可移动分束片二、光谱采集系统以及显微成像系统，其中单色仪、快门、反射式物镜一、被测样品、反射式物镜二、可移动分束片一、高通滤波片、聚焦镜、可移动分束片二以及光谱采集系统呈一线排列，即沿光路方向从左至右依次排列。
30.对被测样品进行显微成像时，可移动分束片一移入反射式物镜二与高通滤波片之间，可移动分束片二移动至聚焦镜一与传光光纤端头之间，白光光源发出的白光依次经过聚焦镜二、可移动分束片一、反射式物镜二后照亮被测样品，被测样品经过反射式物镜二、可移动分束片一、高通滤波片、聚焦镜一，以及可移动分束片二后，在显微成像系统成像，由于传光光纤端头与显微成像系统位置共轭，所述传光光纤端头可以同时在显微成像系统上成像，对被测样品进行荧光光谱采集时，可移动分束片一与可移动分束片二被移出系统，氙灯出射的光束经过单色仪在波长方向分光并选择特定波长的激发光后，经过快门并被反射式物镜聚焦在被测样品上，被测样品被激发光激发后辐射荧光，所述荧光经反射式物镜二准直入射至高通滤波片，所述高通滤波片筛选出波长大于其临界波长的荧光，所述透射过高通滤波片的荧光光束经聚焦镜一聚焦后入射至光谱采集系统，所述光谱采集系统采集并获得被测样品的荧光光谱。
31.所述可移动分束片一和可移动分束片二分别设于二维电动偏转架上，具有移动和转动两个自由度。所述二维电动偏转架为现有技术。
32.所述快门可以手动或自动控制开启或关闭状态。
33.所述传光光纤端头固定于光纤耦合器上，所述光纤耦合器设于二维手动调整架上，使所述光纤耦合器具有x、y方向的自由度。，使传光光纤端头的入射端口轴线。所述二维手动调整架为现有技术。
34.所述光谱采集系统由传光光纤、光谱仪、第一数据传输线、第一计算机组成，其中光谱仪通过第一数据传输线与第一计算机相连。
35.所述显微成像系统由ccd相机、第二数据传输线、第二计算机组成，其中ccd相机通
过第二数据传输线与第二计算机相连。
36.所述被测样品放置于一个支撑架上，且所述支撑架设于一个三维移动机构的平板移动台上，所述平板移动台具有x、y、z自由度。
37.如图1所示，本实用新型包括1、氙灯，2、单色仪，3、快门，4、反射式物镜，5、被测样品，6、反射式物镜二，7、可移动分束片一，8、高通滤波片，9、聚焦镜一，10、可移动分束片二，光谱采集系统和显微成像系统，其中单色仪2，快门3，反射式物镜一4，被测样品5，反射式物镜二6，可移动分束片一7，高通滤波片8，聚焦镜一9，可移动分束片二10，以及光谱采集系统呈一线排列，对被测样品5进行显微成像时，可移动分束片一7移动至反射式物镜二6与高通滤波片8之间，可移动分束片二10移动至聚焦镜一9与传光光纤端头11之间，白光光源20出射的白光依次经过聚焦镜二19、可移动分束片一7、反射式物镜6后，照亮被测样品5，被测样品经过反射式物镜6、可移动分束片一7、高通滤波片8、聚焦镜9以及可移动分束片二10后在显微成像系统上成像，传光光纤12的传光光纤端头11与显微成像系统位置共轭，传光光纤端头11可通过可移动分束片二10在显微成像系统上成像，对被测样品进行荧光光谱测量时，可移动分束片一7与可移动分束片二10移出，氙灯1出射光谱连续的激发光束，所述激发光束经单色仪2在波长方向分光并筛选特定波长后透射过快门3，透射过快门3的激发光束经反射式物镜一4聚焦在被测样品5上，被测样品5被所述激发光束激发后辐射荧光，所述荧光经反射式物镜二6准直后入射至高通滤波片8，高通滤波片8透射过波长大于其阈值波长的荧光光束，所述荧光光束经聚焦镜一9聚焦入射至光谱采集系统。
38.如图2a、图2b所示，在显微成像时，被测样品被白光光源20照亮后，依次经过反射式物镜二6、可移动分束片7、高通滤波片8、聚焦镜9、可移动分束片二10在显微成像系统上成像，显微成像放大倍数为反射式物镜二6的放大倍数与聚焦镜9的放大倍数的乘积，由于传光光纤端头11与所述显微成像系统相对于可移动分束片二10在位置上共轭，因此传光光纤端头11可以同时在显微成像系统上成等大的像，此时通过第二计算机18可以获得被测样品5和传光光纤端头11在成像系统上所成的像，图2a、图2b中21为被测样品在显微成像系统所成像，22为传光光纤端头在显微成像系统中所成像示意图，传光光纤端头11固定在光纤耦合器上，所述光纤耦合器具有x、y方向上的自由度，可以通过调节所述光纤耦合器在x、y方向上调节杆来改变传光光纤端头11的位置，在调节所述调节杆时，可以在第二计算机18上获得传光光纤端头11在显微成像系统中所成像22的移动，通过调节所述光纤耦合器的调节杆改变传光光纤端头11在显微成像系统中所成像22与被测样品5的在显微成像系统中所成像21的相对位置，所述相对位置改变时传光光纤端头11可以与被测样品5的像在不同位置重合，所述重合位置即为后续荧光光谱测量实验中，传光光纤端头11采集到的被测样品5对应位置辐射的荧光，通过以上方法实现对被测样品5不同位置辐射荧光的微区测量。
39.本实用新型的工作原理为：
40.如图1所示，本实用新型在反射式物镜二6与高通滤波片8之间设有可移动分束片一7，在聚焦镜一9与传光光纤端头11之间设有可移动分束片二10，在系统进行显微成像与微区对焦是，所述可移动分束片一7与可移动分束片二10被移入系统，在对被测样品进行荧光光谱测量时，所述可移动分束片一7与可移动分束片二10被从系统中移出。
41.如图1所示，在显微成像过程中，可移动分束片一7和可移动分束片10被移入系统，白光光源20出射的白光依次经过聚焦镜二19、可移动分束片7、反射式物镜二6后，照亮被测
样品5，被测样品5经过反射式物镜二6、可移动分束片7、高通滤波片8、聚焦镜一9和可移动分束片10后在显微成像系统成像，所述显微成像系统由ccd相机16、第二数据传输线17和第二计算机18构成，被测样品5放置于具有x、y、z三个自由度的平移台上，显微成像过程中通过调节所述平移台来调整被测样品5的位置，使被测样品5能在ccd相机16上成清晰完整的像，第二计算机可以对所述清晰完整的像进行显示，所述清晰完整的像相对于被测样品5的放大倍数为反射式物镜6的放大倍数与聚焦镜9的放大倍数的乘积，传光光纤端头11与ccd相机16关于可移动分束片10位置共轭，因此传光光纤端头11可以同时在ccd相机上成等大的像，即被测样品5的像与传光光纤端头11的像在ccd相机上重合，在第二计算机上可以获得被测样品5的放大像与传光光纤端头11的等大像的重合像。
42.如图2a、图2b所示，传光光纤端头11固定在一个光线耦合器上，所述光纤耦合器具有x、y方向的自由度，调节所述光纤耦合器x、y方向的调节旋杆可以调节传光光纤端头11在x、y方向上的位置，当传光光纤端头11在x、y方向上的位置改变时，传光光纤端头11在ccd相机上的像22的位置同时发生改变，即传光光纤端头11的像22与被测样5的像21的相对位置发生改变，传光光纤端头11的像22与被测样品5的像21重合的位置对应的被测样品5的位置辐射的荧光，将在荧光光谱测量过程中被传光光纤端头11收集。
43.如图1所示，在荧光光谱测量过程中，可移动分束片一7与可移动分束片二10被移出系统，氙灯1辐射波长连续的激发光，所述激发光经单色仪在波长方向分光后并出射特定波长的激发光，在荧光光谱测量过程中，快门3处于开启状态，所述特定波长的激发光可以穿过快门3入射至反射式物镜一4，所述特定波长的激发光被反射式物镜一4聚焦于被测样品5上，被测样品5被所述聚焦的特定波长的激发光激发辐射荧光，所述荧光经反射式物镜二6准直为平行光束入射至高通滤波片8，高通滤波片8可以透射波长大于其阈值波长的的光束，透射过高通滤波片8的平行光束经聚焦镜9聚焦于光谱采集系统，所述光谱采集系统由传光光纤12、光谱仪13、第一数据传输线14和第一计算机15构成，传光光纤12设有传光光纤端头11，所述光谱采集系统可以将聚焦在传光光纤端头11的荧光光束收集并转化为不同波长上的光强信号，所述光强信号经第一计算机15处理后显示。
44.如图1所示，调节单色仪2，可以连续地改变单色仪出射的激发光波长，通过改变所述激发光的波长，可以获得在不同激发光波长下被测样品5的荧光光谱，因此可以获得被测样品5的荧光光谱随激发波长的变化规律。
45.本实用新型在完成被测样品的显微成像与传光光纤端头对被测样品的微区选择后，再进行被测样品的荧光光谱测量。
46.本实施例中，反射式物镜一4和反射式物镜6优选为15倍物镜，聚焦镜一9优选为焦距200mm，高通滤波片8的阈值波长随单色仪2出射的激发光波长变化，高通滤波片阈值波长始终与单色仪出射的激发光波长接近，且所述阈值波长总是大于所述激发光波长。