多光纤阵列输入高分辨率微型拉曼光谱仪设计

谭莉莉; 杨照清; 傅伟; 郭汉明

doi:null

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

多光纤阵列输入高分辨率微型拉曼光谱仪设计

光学器件与系统设计 | 更新时间：2025-10-09

- 多光纤阵列输入高分辨率微型拉曼光谱仪设计
- Design of a High-resolution miniature raman spectrometer with Multi-fiber array input
- 光学技术 2025年51卷第4期页码：468-473
- 作者机构：
  
  1.上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
  2.上海理工大学上海市现代光学系统重点实验室，上海 200093
- 作者简介：
  
  谭莉莉（1997— ），女，硕士研究生，从事光学设计研究。tanlili1005@163.com
  郭汉明（1977— ），男，教授，从事超分辨光学显微成像和光谱技术方面的研究。 hmguo@usst.edu.cn
- 基金信息：
  
  上海市地方能力建设项目(21010502900)
- DOI：
  中图分类号： TP394.1;TH691.9
- 收稿：2024-12-09，
  
  修回：2025-01-12，
  
  纸质出版：2025-07-20
- 稿件说明：
移动端阅览
谭莉莉,杨照清,傅伟等.多光纤阵列输入高分辨率微型拉曼光谱仪设计[J].光学技术,2025,51(04):468-473.

TAN Lili,YANG Zhaoqing,FU Wei,et al.Design of a High-resolution miniature raman spectrometer with Multi-fiber array input[J].OPTICAL TECHNIQUE,2025,51(04):468-473.
谭莉莉,杨照清,傅伟等.多光纤阵列输入高分辨率微型拉曼光谱仪设计[J].光学技术,2025,51(04):468-473. DOI：

TAN Lili,YANG Zhaoqing,FU Wei,et al.Design of a High-resolution miniature raman spectrometer with Multi-fiber array input[J].OPTICAL TECHNIQUE,2025,51(04):468-473. DOI：

摘要

研究针对传统光谱仪采用单根光纤入射导致像面利用率不足、拉曼散射光探测能量弱的问题，提出了一种基于多光纤阵列输入的高分辨率光谱仪设计。通过沿狭缝弧矢方向排列七根入射光纤作为入射光源，并结合柱透镜与像散校正理论对光路进行优化。该系统采用785nm激发波长，可在七个视场内实现170~3200cm

-1

宽光谱覆盖，全波段分辨率达到7cm

-1

。实验结果表明，相较于单根光纤入射时72%的像面利用率，集束光纤结合柱透镜的设计将光谱仪像面利用率显著提升至97%，且各光纤传输能量在像面上分布均匀。该方案为需要高能量探测效率和强度的应用场景提供了可行方案。

Abstract

In this study

a high-resolution spectrometer with a multi-fiber array input design is proposed to address the issue of weak Raman-scattered light detection energy caused by insufficient image plane utilization in conventional spectrometers that use a single optical fiber as the incident light source. The design optimizes the optical path by arranging seven incident optical fibers along the sagittal direction of the s

lit and incorporating a cylindrical lens for astigmatism correction. The system employs a 785 nm excitation wavelength and achieves a broad spectral coverage of 170~3200 cm

-1

across seven fields of view

achieving a full-band resolution of 7 cm

-1

. Experimental results demonstrate that

compared to the 72% image plane utilization achieved with a single fiber configuration

the proposed design—featuring clustered fibers combined with a cylindrical lens significantly improves the image plane utilization to 97%

while maintaining uniform energy distribution across the image plane. This solution offers an effective approach for applications demanding high energy detection efficiency and intensity.

关键词

Keywords

references

张淳民 , 相里斌 , 赵葆常 , 等 . 干涉成像光谱仪技术的新发展 [J ] . 光学技术 , 2000 ,（ 03 ）: 232 — 234 .

Zhang Chunmin , Xiang Libin , Zhao Baochang , et al . The latest developments of technique of interference imaging spectrometer [J ] . Optical Technique , 2000 ,（ 03 ）: 232 — 234 .

周天 , 杨照清 , 马军山 , 等 . 双激发波长拉曼光谱仪的双光路集成设计 [J ] . 光学技术 , 2023 , 49 （ 02 ）: 150 — 155 .

Zhou Tian , Yang Zhaoqing , Ma Junshan , et al . Integrated design of dual optical path for dual excitation wavelength Raman spectrometer [J ] . Optical Technique , 2023 , 49 （ 02 ）: 150 — 155 .

尤泽樟 . 宽波段微型光谱仪光学系统设计与优化研究 [D ] . 武汉大学 , 2018 .

You Zezhang . Design and optimization of optical system forwide band micro spectrometer [D ] . Wuhan University , 2018 .

Dochow S , Ma D , Latka I , et al . Combined fiber probe for fluorescence lifetime and Raman spectroscopy （Conference Presentation） [J ] . Andytical and Bioana lytical chemistry , 2015 , 407 （ 27 ）: 8291 — 8301 .

Michael A. Short , Stephen Lam , Annette McWilliams , et al . Development and preliminary results of an endoscopic Raman probe for potential in vivo diagnosis of lung cancers [J ] . Optics Letters , 2008 , 33 （ 7 ）: 711 — 3 .

杨照清 , 杨洁 , 方晨霆 , 等 . 多波长激发高分辨率微型拉曼光谱仪设计 [J ] . 光学仪器 , 2020 , 42 （ 03 ）: 36 — 44 .

Yang Zhaoqing , Yang Jie , Fang Chenting , et al . Design of miniature Raman spectrometer with multi-wavelength excitation and high resolution [J ] . Optical Instruments , 2020 , 42 （ 03 ）: 36 — 44 .

杨洁 , 杨照清 , 方晨霆 , 等 . 低波数高分辨率宽光谱拉曼光谱仪的集成化设计 [J ] . 光学技术 , 2021 , 47 （ 06 ）: 647 — 653 .

Yang Jie , Yang Zhaoqing , Fang Chenting , et al . Integrated design of low wavenumber and high-resolution Broad-Spectrum Raman spectrometer [J ] . Optical Technique , 2021 , 47 （ 06 ）: 647 — 653 .

范欣雨 . 消像散Czerny-Turner光谱成像系统的研究 [D ] . 河南师范大学 , 2020 .

Fan Xinyu . Study on anastigmatic Czerny-Turner spectral imaging system [D ] . Henan Normal University , 2020 .

Shafer A B , Megill L R , Droppleman L . Optimization of the Czerny-turner spectrometer [J ] . Josa , 1964 , 54 （ 7 ）: 879 — 886 .

林中 , 范世福 . 光谱仪器学 [M ] . 北京 : 机械工业出版社 , 1989 .

Lin Zhong , Fan Shifu . Spectroscopic instruments [M ] . Beijing : China Machine Press , 1989 : 262 — 270 .

May J , Li Y S . Fiber Raman background study and its application in setting up optical fiber Raman probes [J ] . Applied Optics , 1996 , 35 （ 15 ）: 2527 — 2533 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

融合滑动窗口与改进SGBM的高分辨率目标检测与测距研究

具有大成像深度高层析能力的高分辨率共聚焦显微物镜设计