[发明专利]带局域表面等离子体放大器的双增强拉曼检测系统

说明书

本发明公开了一种带局域表面等离子体放大器的双增强拉曼检测系统，包括激励光源、光纤耦合器、检测探头、局域表面等离子体放大器、滤波器和探测器；通过局域表面等离子体放大器设置，避免由于放大器本身存在自发辐射的噪声，而无法对微弱的拉曼光信号放大的问题；表面等离子共振光放大器的能量传递途径为“激励激光”→“局域表面等离子体”→“信号光”，当拉曼信号光强度远小于激励激光的时候，信号光可以从表面等离子体获得能量而得到放大；因为局域等离子体不存在能级结构，该放大器受到激光激励的时候不会产生自发辐射光，可等效为噪声极低(输入信号阈值极低)的理想放大器，因此它可以放大非常微弱的拉曼信号。

技术领域

本发明涉及拉曼检测领域，具体涉及一种带局域表面等离子体放大器的双增强拉曼检测系统。

背景技术

本领域技术人员均知道，光照射到物质上发生弹性散射和非弹性散射，弹性散射的散射光是与激发光波长相同的成分，非弹性散射的散射光有比激发光波长长的和短的成分，称之为拉曼效应，所获得的光谱称之为拉曼光谱。拉曼光谱属于分子振动光谱，是物质分子的指纹，依据拉曼效应制作的拉曼光谱仪可以用于准确定性鉴别样品。拉曼光谱的分析方法一般不需要对样品进行前处理，并且在分析过程中操作简便，测定时间短，是一种可以对样品同时进行定性和定量的分析技术，具有极为广泛的应用前景，但其缺点是灵敏度较低。

表面增强拉曼光谱(surface-enhanced Raman scattering，简称SERS)是一种在20世纪90年代随着纳米技术发展而发展起来的高灵敏度光谱分析技术。与拉曼光谱一样，SERS可以用于准确定性鉴别样品；SERS具有超高的分析灵敏度，较普通拉曼分析灵敏度提高约6-10个数量级，可分析小到单分子，大到细胞水平的研究对象。

但是，用于增强拉曼光谱的一般都是金属纳米结构(金属纳米球，纳米棒，纳米线等)；通常金属纳米结构的只对一定频域范围的光波具有增强作用；待测物质的拉曼光谱具有一定的宽度，通常有一部分拉曼频域落在金属纳米结构能够增强的频域范围以外。在这种情况下，对待测物质的高频拉曼谱的增强作用减弱，这就对后续光路中的光探测器的灵敏度提出了极高的要求。

另外一方面，待测物质的典型拉曼特征峰通常在一些特定的拉曼峰位上(即不同波长处)。传统的拉曼光谱检测方法是对全光谱的探测，即携带有待测物质信息的拉曼光谱是进入拉曼光谱仪，从而得到拉曼光谱信号，再经过数据处理得到待测物质的信息。拉曼光谱仪结构复杂，体积较大，价格较高。

针对上述问题，提出通过光放大器对拉曼信号光进行放大后再探测，目前的光放大器主要有EDFA和光纤拉曼放大器两种，这些放大器存在着自发辐射噪声，其输入信号最低的阈值约为-40dBm(100nw)数量级，而在实际拉曼光谱检测应用中的激励光源的功率一般较小，一般在1w激光激励下，拉曼散射光的信号强度通常几个10pw～1nw数量级，远小于这些光放大器的阈值，无法实现放大。

因此，为解决以上问题，需要一种双增强拉曼检测系统，针对低功率激励光源，能够对微弱的拉曼信号光进行有效检测，并且结构简单紧凑，检测精度高，成本较低，利于推广。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供双增强拉曼检测系统，针对低功率激励光源，能够对微弱的拉曼信号光进行有效检测，并且结构简单紧凑，检测精度高，成本较低，利于推广。

本发明的双增强拉曼检测系统，包括激励光源、光纤耦合器、检测探头、局域表面等离子体放大器、滤波器和探测器；

激励光源，用于产生激励光并通过光纤将激励光传输至光纤耦合器；

光纤耦合器，用于分别对激励光源发出的激励光和由检测探头产生并返回的拉曼信号光进行耦合，并将耦合后的拉曼信号光通过光纤输送至局域表面等离子体放大器中进行放大；