[发明专利]基于激光倍频及空芯光纤的拉曼光谱液体探测方法

说明书

本发明提供了基于激光倍频及空芯光纤的拉曼光谱液体探测方法，该方法使用波长为915纳米或976纳米的连续激光器作为光源且采用由第一光纤布拉格光栅和第二光纤布拉格光栅构成的激光谐振腔，进一步通过有源光纤和三硼酸锂倍频晶体获取窄线宽的532纳米激光并激发待测液体产生拉曼散射光，同时本发明液体探测方法还具有使用范围广、测量效率高以及可靠性高等优点。

技术领域

本发明涉及一种拉曼光谱液体探测方法，特别涉及基于激光倍频及空芯光纤的拉曼光谱液体探测方法。

背景技术

拉曼光谱(Raman spectra)，是一种散射光谱。拉曼光谱分析法是基于印度科学家C.V.拉曼(Raman)所发现的拉曼散射效应，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、转动方面信息，并应用于分子结构研究的一种分析方法。拉曼光谱技术在液体检测方面具有分析周期短、装置简单、可同时探测多种液体等技术优势，被作为重要的物质分析检测手段，在生物医学、物理化学、材料分析、微纳测试等领域得到广泛的应用。

然而，拉曼散射是一种弱散射，在实际操作中存在灵敏度不足的问题，目前较典型的是采用多次反射增强的方式，尽管多次反射腔可极大地提高拉曼散射强度，但多次反射腔采用两个高反射率腔镜进行增强，对光路调节和系统稳定性要求较高。同时，若测量对象是透明的有机物液体，很容易由于对焦不准而将焦点聚焦在载玻片上。

因此，需要采用一种基于腔内倍频的拉曼光谱探测方法来对有机液体进行成分分析。

发明内容

本发明的目的在于提供基于激光倍频及空芯光纤的拉曼光谱液体探测方法，该方法包括如下步骤：

(a)使用波长为915纳米或976纳米的连续激光器作为光源，通过波分复用器将所述连续激光器发出的激光耦合进入由第一光纤布拉格光栅和第二光纤布拉格光栅构成的激光谐振腔；

(b)所述第一光纤布拉格光栅和所述第二光纤布拉格光栅之间还依次连接有源光纤和三硼酸锂倍频晶体；所述连续激光器发出的激光经过所述有源光纤放大后并在所述激光谐振腔内振荡产生为1微米波长激光；

(c)所述1微米波长激光再经过所述三硼酸锂倍频晶体产生倍频并输出532纳米窄线宽激光；所述532纳米窄线宽激光通过聚光透镜聚焦至空芯光纤内且所述空芯光纤内装有待测液体；

(d)所述532纳米窄线宽激光作为激发光激发所述待测液体产生拉曼散射光并经收集光路透镜导入至光电探测器中；

(e)所述光电探测器将探测到的所述激发光和所述拉曼散射光传输至数据分析系统进行分析；

(f)所述数据分析系统经分析获得所述待测液体的拉曼光谱，进一步实现对所述待测液体的成分的探测。

优选地，所述空芯光纤为空芯石英光纤且外部包层的两端部由焊锡进行固定。

优选地，所述空芯光纤的内壁均镀有高反介质膜。

优选地，所述有源光纤为掺镱光纤。

优选地，所述连续激光器采用蝶形激光光源。

优选地，所述第一光纤布拉格光栅和所述第二光纤布拉格光栅均采用反射率大于90％、3dB线宽小于0.2纳米且反射波长为1060纳米的光纤光栅。

优选地，所述拉曼光谱的强度与所述空芯光纤的长度之间的变化以下遵循方程：

所述激发光和所述拉曼散射光在所述空芯光纤内的液体中呈e指数衰减，且具有相同的损耗系数，其中P_R为拉曼散射光强度，P_L为激发光强度，α为所述空芯光纤内液体的损耗系数，χ为所述空芯光纤的长度，K为所述空芯光纤内液体的散射截面和光纤数值孔径相关的常数。