光纤耦合的激光喇曼微区分析装置的研究

　　一、引言

　　激光显微喇曼光谱技术是将显微系统与喇曼光谱仪结合起来对样品表面微小区域进行喇曼光谱分析的新技术。以往的喇曼光谱显微装置由于均采用常规显 微镜结构[2],C3],C}二、[5]，以至存在着一个共同的缺点:光学系统复杂、能量传输效率低、体积较大、使用不便，而且往往只能配用在特定的喇曼 光谱仪上。浙江大学林中教授等人曾对光纤应用与显微喇曼光谱技术的可行性进行了研究[1]，用光纤导光的方法制成了光纤喇曼显微装置.并在本系研制的 LRZ-1型激光喇曼光谱仪上测出了硫磺粉末的微区喇曼光谱。但是该装置由于微调机构、光路藕合等方面尚存在的一些缺陷，使得光能损失较大。

　　鉴于此，我们设计了新的多头光纤微调机构，并对光路进行了优化计算，以求达到最佳的辆合效率，对显微喇曼光谱技术进行了进一步探索，研制了光纤祸合的激光喇曼光谱微区分析装置。下面详细介绍该系统的工作原理与实验结果。

　　二、光纤拐合喇里徽区分析装里的系统设计

　　(1)光纤祸合与喇曼光谱仪的匹配

　　理论分析与实验表明:根据石英导光纤的光谱特性、传输效率以及它的激光喇曼光谱背景，石英导光纤用于喇曼光谱是可行的。实现光纤藕合的激光喇曼 微区分析的关键在于能量传输与显微聚焦。为此，本文中的显微喇曼装置采用了光纤导光，自聚焦透镜聚焦、集光的微区分析光学头，整个显微喇曼光谱仪系统工作 原理框图如图1所示。

　　喇受激发光源Ar十激光器发出的激光束通过10倍的显微物镜藕合到激发光传导光纤上，经光纤导光并经自聚焦透镜会聚为约15}.m直径的激光光 斑作为激发光束照射到被分析的样品微区表面，样品被激发而产生的喇曼散射光被45。角放置的六根收集光纤所接收并传输，再经一照相物镜祸合到喇曼光谱仪的 入射狭缝处，通过喇曼光谱仪进行喇曼光谱的微区分析检测。

　　(2)自聚焦透镜作为光能祸合透镜

　　该系统的关键在于在微区分析光学头要有小的激发光点，高的祸合效率，大的散射光收集立体角。光能的辆合要通过聚焦透镜完成，而多根光纤像点要会 聚于一点，则每只桐合透镜都要有小的几体尺寸和大的相对孔径。因此我们采用了自聚焦透镜(又称聚焦纤维透镜)作为光学头的聚光镜头。

　　自聚焦镜头是一种棒状纤维透镜，它具有小的体积和大小的相对孔径，自聚焦透镜的折射径向分布是渐变的，其分布函数一般可表示为:

　　其中n。为棒中心折射率，A为聚光常数,r为棒端面某点距中心的距离