[发明专利]一种光热-荧光双模态光谱检测装置及其检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及光谱检测技术领域，具体是一种光热-荧光双模态光谱检测装置及其检测方法。

背景技术

光热检测技术是近年来发展起来的测量光学材料微弱吸收的一种新手段，它具有灵敏度高、调节方便、非接触式等优点。目前，光热检测技术广泛应用于光学材料如薄膜样品或晶体材料的吸收检测中，它集计算机技术、激光技术、材料学于一体，同时分选待检测样品的缺陷，该技术是一种对光学材料如薄膜样品或晶体材料的性能进行定量分析和分选的检测手段。目前，光热检测技术常用的是热透镜法，其将泵浦激光（激发光）会聚到光学材料表面，以获得一定的功率密度，使光学材料在不损伤的前提下产生相应的光热形变，同时，利用一束具有一定功率强度的探测激光辐射光学材料表面的形变区域，到达光学材料表面的探测激光光斑大小与形变区域成一定的比例，从而达到对光学材料的性能进行定量分析和分选的目的。在光热检测技术的基础上，通过对不同激发波长下所产生的光热效应进行检测，就可以获得光学材料的光热吸收光谱，即实现光热光谱检测技术。

荧光光谱检测技术是指使激发光的波长和强度保持不变，而让荧光物质产生的荧光通过发射单色器照射于检测器上，即可获得样品在特定荧光波长的荧光强度；调节发射单色器至各种不同波长处，由检测器测出相应的荧光强度，就可以得到样品的荧光光谱。

以往的技术只是单一的光热检测技术、光热光谱检测技术、荧光检测技术和荧光光谱检测技术，检测灵敏度低，测量结果受散射影响大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结合光热吸收光谱技术和荧光光谱技术对光学材料的缺陷、光热吸收光谱和荧光光谱进行分析的光热-荧光双模态光谱检测装置及其检测方法，利用激光在光学材料中激发产生光热效应，通过对不同激发波长下所产生的光热效应进行检测，来获得光学材料的光热吸收光谱，从而实现对光学材料的光热检测鉴别；同时通过对同一激发峰值波长下所产生的荧光信号进行检测，来获得荧光光学材料的荧光光谱，从而实现对光学材料的荧光检测鉴别。

本发明的技术原理为：

激发光照射物质时，光子打到分子上，原来处于基态的电子吸收光能量被激发到较高的能级，从而使分子处在激发态。此后，激发态的分子通过辐射跃迁和非辐射跃迁两种形式把部分能量转移给周围分子，使处于较高激发态的电子很快回到基态；辐射跃迁产生荧光，非辐射跃迁使样品产生热膨胀。光热检测技术是指另一束光经过热膨胀的区域产生光热信号，荧光检测技术直接检测产生的荧光并转换为相应的荧光信号，两种形式的信号是互补关系，二者的结合更能把材料特性分析清楚。通过对不同激发波长下所产生的光热效应进行检测，就可以获得光学材料的光热吸收光谱，即实现光热光谱检测技术；让荧光物质产生的荧光通过发射单色器照射于检测器上，调节发射单色器至各种不同波长处，由检测器测出相应的荧光强度，就可以得到样品的荧光光谱，即实现荧光光谱检测技术。因此，本发明利用激发态分子跃迁理论，将光热光谱检测技术与荧光光谱检测技术相结合，利用不同波长的激发光源激发样品使其发生形变和产生荧光，并同时检测样品由于形变产生的光热信号和激发产生的荧光信号，就可实现光热-荧光双模态的光谱检测技术。光热光谱检测技术与荧光光谱检测技术的结合能够有效地弥补单一模式光谱检测方法的不足，实现双模态、多参数、互补的光谱检测新技术。

本发明的技术方案为：

一种光热-荧光双模态光谱检测装置，包括用于设置被测样品的样品台，还包括分别与被测样品光路连接的泵浦光源、探测光源、第一光电探测器、第二光电探测器和光电倍增管；所述第一光电探测器用于接收从被测样品透射的探测光热信号，所述第二光电探测器用于接收从被测样品反射的探测光热信号，所述光电倍增管用于通过发射单色器接收从被测样品透射的荧光信号；所述第一光电探测器和第二光电探测器的输出端通过锁相放大器与计算机的输入端连接，所述光电倍增管的输出端与计算机的输入端连接。

所述的光热-荧光双模态光谱检测装置，所述泵浦光源与被测样品之间依次设有泵浦光调制装置、泵浦光分光装置和泵浦光会聚装置，所述泵浦光调制装置设置在泵浦光分光装置的入射光路上，所述泵浦光会聚装置设置泵浦光分光装置的透射光路上，所述泵浦光分光装置的反射光路上依次设有泵浦光滤波装置和光电二极管，所述光电二极管的输出端与计算机的输入端连接。

所述的光热-荧光双模态光谱检测装置，所述探测光源与被测样品之间依次设有探测光整形处理装置、探测光角度调整装置和探测光会聚装置。