[发明专利]一种消除拉曼散射背景干扰的装置及方法

说明书

本发明涉及了一种消除拉曼散射背景干扰的装置及方法，解决了现有拉曼散射光谱测量复杂气体介质时存在的部分背景干扰难以消除的问题。本发明的结构具体包括双脉冲激光器、半波片、分束镜、光电管、示波器、聚焦透镜、光信号收集装置、单色仪、双帧曝光ICCD相机以及计算机终端；其采用的方法基本原理是：【1】脉冲激光的偏振设置；【2】获取两束脉冲激光相对强度；【3】同步设置；【4】获取第一脉冲激光透射部分激励产生散射光信号强度和第二脉冲激光透射部分激励散射光信号强度；【5】计算获得消除背景干扰的拉曼散射信号强度。

技术领域

本发明光谱测量技术领域，尤其涉及了一种消除拉曼散射背景干扰的装置及方法。

背景技术

拉曼散射技术是一种常用的气体组分及其浓度测量技术。激光照射气体分子时，由于分子和光子之间的非弹性碰撞，光子能量会与分子的能量发生交换，产生与入射光子能量不同的散射光子，其中能量减少的称为斯托克斯拉曼散射，能量增加的称为反斯托克斯拉曼散射。当气体分子处于热平衡状态时，服从Boltzman统计分布，采用极化理论可以计算获得激光照射分子产生的Q支斯托克斯拉曼散射信号强度的表达式为：

I_R＝ηnσP (1)

其中，I_R表示拉曼散射强度；

η表示系统的整体收集效率，它与收集透镜的空间立体角，单色仪的接收效率，探测系统的量子效率等有关；

P为激光的能量；

σ为探测组分的拉曼散射截面；

n为探测组分的分子数密度。

由(1)式可知，拉曼散射信号强度与所测组分的粒子数密度成正比，因此可以通过测量气体中不同组分的拉曼光谱获得气体的组分信息以及不同组分的相对浓度信息。

另外，拉曼散射信号的空间分布与激励激光的偏振态息息相关，在与激励激光激光方向垂直的方向上，散射信号强度最大，而在平行于激励激光极化方向上信号强度为零。

然而，拉曼散射信号非常微弱，且容易受到散射光、激光诱导荧光、激光诱导击穿光谱、背景辐射等的干扰。消除背景干扰是拉曼散射测量过程中必须解决的技术难题。

现有的干扰消除方法主要是根据背景干扰与信号光特性的差异性，通过时间滤波、空间滤波以及光谱滤波等方法对强背景辐射进行消除，并且取得了较好的效果。但是对于与拉曼散射信号特征(如：光谱特征、时间分辨特征、空间分布特征等)相同或相近的干扰，采用上述方法就难以有效消除。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有拉曼散射光谱测量复杂气体介质时存在的部分背景干扰难以消除的问题，给出一种能够很好消除拉曼散射背景干扰的装置和方法，可获得高信噪比拉曼散射光谱。

本发明的具体技术方案是：

本发明提供了一种消除干扰拉曼散射测量装置，

包括双脉冲激光器、半波片、聚焦透镜、光信号收集装置、单色仪、双帧曝光ICCD相机、光强度采集器以及计算机终端；

双脉冲激光器发出的具有时间间隔且偏振方向相互垂直的两束脉冲激光，两束脉冲激光依次经过半波片和聚焦透镜聚焦到探测区域，两束脉冲激光在探测区域均会产生一部分透过探测区域的透射脉冲激光以及经探测区域散射的散射脉冲激光；

所述透射脉冲激光的光路上设置光强度采集器；

所述散射脉冲激光的光路上设置光信号收集装置，光信号收集装置通过单色仪与双帧曝光ICCD相机连接；单色仪狭缝处设置有光谱滤光片，用于过滤瑞利散射和米散射的干扰；

双帧曝光ICCD相机与计算机终端电连接。