[发明专利]一种基于空心光子晶体光纤的物质检测装置

说明书

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种物质检测装置，特别是一种基于空心光子晶体光纤的物质检测装置，主要应用于食品安全、质量检测、环境监测、生物研究、生命科学、医学医疗、过程控制、国防安全、检疫检验等领域中的物质检测。

背景技术

物质检测需求广泛存在于食品安全、质量检测、环境监测、生物研究、生命科学、医学医疗、过程控制、国防安全、检疫检验等领域，并且这些领域对物质检测的要求越来越高。在先技术中存在一种物质检测装置，原理是基于印度科学家拉曼所发现的拉曼散射效应发展起来的一种散射光谱检测方法，通过对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动转动等方面信息，由于拉曼散射强度大约为瑞利散射的千分之一，所以传统拉曼散射非常弱，在拉曼光谱检测装置中，为了得到拉曼光谱信息，需要对拉曼信号进行增强，提高信噪比，出现了针尖增强拉曼光谱技术，并且被实现和广泛应用，参见美国专利，专利名称：High contrast tip-enhanced Raman spectroscopy，发明人：Alexei P. Sokolov, Alexander Kisliuk, Disha Mehtant, Ryan D. Hartschuh, Nam-Heui Lee，专利号：US7656524B2，专利授权时间：2010年2月2日，在先技术存在一定的优点，仍然存在本质不足，由于只有一个小的针尖处起到增强作用，导致拉曼信号减弱，并且针尖容易被污染，探测信号容易被干扰，因此探测信号易于偏离真值，灵敏度不高，针尖影响探测系统构建的灵活性，本检测方法对被检测物的材料特性存在要求，本质上难于检测气态物质。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种基于空心光子晶体光纤的物质检测装置。

本发明的基本构思是：基于核壳结构纳米颗粒层拉曼增强效应和空心光子晶体光纤技术相结合，核壳结构纳米颗粒层设置在空心光子晶体光纤空心腔内侧，核壳结构纳米颗粒包括金属纳米颗粒内核和惰性材料外壳，被检测流体流经核壳结构纳米颗粒层附近的被检测区域，激发光从空心光子晶体光纤一端入射，在空心光子晶体光纤内传播，从另一端出射，由拉曼光谱探测器检测拉曼散射信号，经过分析拉曼光谱，得到被检测流体物质特性信息。

一种基于空心光子晶体光纤的物质检测装置，包括激光源、光束耦合部件、入射端机械部件、流体测量部件、出射端机械部件和拉曼光谱探测器；

所述的激光源出射光束光路上设置有光束耦合部件，光束耦合部件将激光源出射光束耦合进入流体测量部件，光束耦合部件和流体测量部件之间设置有入射端机械部件，入射端机械部件将光束耦合部件和流体测量部件进行相互固定和密封，入射端机械部件上设置有第一流体通道口，流体测量部件的另一端出口的光路上设置有拉曼光谱探测器，用于检测拉曼散射信号，在流体测量部件和拉曼光谱探测器设置有出射端机械部件，出射端机械部件将流体测量部件和拉曼光谱探测器进行相互固定和密封，入射端机械部件上设置有第二流体通道口；

所述的流体测量部件的基本结构为空心光子晶体光纤，核壳结构纳米颗粒层设置在空心光子晶体光纤一个空心腔或多个空心腔的内侧，核壳结构纳米颗粒层上的核壳结构纳米颗粒包括金属纳米颗粒内核和惰性材料外壳；

所述的激光源为气体激光器、固态激光器、染料激光器和半导体激光器中的一种。

所述的光束耦合部件为波导型光耦合器、透镜型光耦合器、反射镜型光耦合器、衍射光学器件型光耦合器和微纳结构型光耦合器中的一种。

所述的流体测量部件的基本结构空心光子晶体光纤为玻璃空心光子晶体光纤、树脂空心光子晶体光纤和塑料空心光子晶体光纤中的一种。

所述的拉曼光谱探测器为色散式拉曼光电探测器、滤光片式拉曼光电探测器和显微拉曼探测器中的一种。

本发明中核壳结构纳米颗粒制备、核壳结构纳米颗粒层铺放设置、拉曼信号采集处理技术、激光激发拉曼原理、流体流动控制、机械结构加工成型均为成熟技术。本发明的发明点在于基于核壳结构纳米颗粒层拉曼增强效应和空心光子晶体光纤技术相结合，给出一种高灵敏度、高信噪比、可检测液态和气态物质、装置构建灵活、应用范围广、功能易于扩充的一种基于空心光子晶体光纤的物质检测装置。

与现有技术相比，本发明的优点：