拉曼探头由激发光纤和收集光纤构成，激发光纤引导激光至目标区域，再通过收集光纤将拉曼散射收集传输出来。拉曼探头基础结构简单，但拉曼信号极其微弱，容易被各种杂散光如瑞利散射、荧光和非样品拉曼信号等覆盖，因此需要选择合适的光纤并优化拉曼探头及配件设计，主要包括光纤选择、探头顶端设计、添加过滤膜/片和探头后端优化等。分为探头外接、探头后端和探头前端。
探头顶端设计关系到激光激发及拉曼散射收集的光路，对于激发和收集效果影响极大，顶端设计要求减少激光发散，同时保证收集光纤尽量收集来自激发区域的散射光。
在拉曼检测中，拉曼探头会产生几种杂散信号，包括光纤拉曼信号、瑞利散射和荧光等。低OH键二氧化硅光纤是拉曼探头的较好选择，但仍需要在光纤远端添加带通滤光膜/片来抑制杂散信号，带通滤光膜/片的中心波长为激光波长。
瑞利散射与激光波长相同，且收集光纤的拉曼信号由激光反射与瑞利散射激发，需要在收集光纤前端加带阻滤光膜/片，且不能影响有效拉曼光的通过。等在收集路径中加入光纤布拉格光栅(FBG)作为带阻滤波器，有效减少了拉曼背景噪声。等提出了滤光膜/片的选择思路及加工等细节。由于拉曼位移与激光频率无关，且不同物质产生荧光的范围不同，可以选择能避开样本荧光带的激发光，从而避免荧光干扰。
探头的后端优化主要是优化收集光纤尾端与光谱仪的耦合，从而直接影响拉曼信号传输效率。等把收集光纤展开成抛物线弧状再耦合到光谱仪，取代标准的直线排列。入射在光栅上的斜射线把狭缝的曲面图像投射到电荷耦合器件(CCD)上，降低了信噪比(S/N)和系统的光谱分辨率。利用软件和硬件将CCD像素合并可有限克服该影响，且抛物线弧的使用可将S/N提高到纯软件合并的20倍。抛物线顶端光纤(校准光纤)不通光，其在CCD上是一个暗点，可确定光纤竖列在CCD上的成像位置，测量图像曲率，最后拟合确定收集光纤尾端排列的抛物线。
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