拉曼探頭由激發光纖和收集光纖構成，激發光纖引導激光至目標區域，再通過收集光纖將拉曼散射收集傳輸出來。拉曼探頭基礎結構簡單，但拉曼信號極其微弱，容易被各種雜散光如瑞利散射、熒光和非樣品拉曼信號等覆蓋，因此需要選擇合適的光纖并優化拉曼探頭及配件設計，主要包括光纖選擇、探頭頂端設計、添加過濾膜/片和探頭后端優化等。分為探頭外接、探頭后端和探頭前端。
探頭頂端設計關系到激光激發及拉曼散射收集的光路，對于激發和收集效果影響極大，頂端設計要求減少激光發散，同時保證收集光纖盡量收集來自激發區域的散射光。
在拉曼檢測中，拉曼探頭會產生幾種雜散信號，包括光纖拉曼信號、瑞利散射和熒光等。低OH鍵二氧化硅光纖是拉曼探頭的較好選擇，但仍需要在光纖遠端添加帶通濾光膜/片來抑制雜散信號，帶通濾光膜/片的中心波長為激光波長。
瑞利散射與激光波長相同，且收集光纖的拉曼信號由激光反射與瑞利散射激發，需要在收集光纖前端加帶阻濾光膜/片，且不能影響有效拉曼光的通過。等在收集路徑中加入光纖布拉格光柵(FBG)作為帶阻濾波器，有效減少了拉曼背景噪聲。等提出了濾光膜/片的選擇思路及加工等細節。由于拉曼位移與激光頻率無關，且不同物質產生熒光的范圍不同，可以選擇能避開樣本熒光帶的激發光，從而避免熒光干擾。
探頭的后端優化主要是優化收集光纖尾端與光譜儀的耦合，從而直接影響拉曼信號傳輸效率。等把收集光纖展開成拋物線弧狀再耦合到光譜儀，取代標準的直線排列。入射在光柵上的斜射線把狹縫的曲面圖像投射到電荷耦合器件(CCD)上，降低了信噪比(S/N)和系統的光譜分辨率。利用軟件和硬件將CCD像素合并可有限克服該影響，且拋物線弧的使用可將S/N提高到純軟件合并的20倍。拋物線頂端光纖(校準光纖)不通光，其在CCD上是一個暗點，可確定光纖豎列在CCD上的成像位置，測量圖像曲率，最后擬合確定收集光纖尾端排列的拋物線。
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