[发明专利]基于复合滤波器解调的拉曼检测系统

说明书

本发明公开了一种基于复合滤波器解调的拉曼检测系统，包括用于激发待测物产生拉曼光的拉曼激发系统和用于对拉曼光谱信号解调的拉曼解调系统；所述拉曼解调系统沿拉曼光传播方向依次包括双模光子晶体光纤声光可调谐滤波器、光纤模式滤波器和光电二极管；所述双模光子晶体光纤声光可调谐滤波器用于通过控制激励声波的频率进而控制双模光子晶体光纤声光可调谐滤波器的耦合波长，将特定波长的基模LP₀₁模耦合到双模光子晶体光纤中高阶模LP₁₁中调谐输出，所述光纤模式滤波器用于阻止双模光子晶体光纤中基模LP₀₁通过，所述光电二极管于将高阶模LP₁₁光信号转换为电信号。

技术领域

本发明涉及拉曼光谱检测领域，具体涉及一种基于复合滤波器解调的拉曼检测系统。

背景技术

拉曼散射的起因是光和分子之间非弹性碰撞引起的能量转移，散射光相比入射光有一定的频率改变，其频率改变量与分子固有振动能级相对应，是分子的“指纹”，激光拉曼散射光谱法采用单波长的激光照射被测物，通过探测和分析其拉曼散射光谱来识别被测分子指纹谱线，进行定性、定量测量，有很高的探测准确度。这种方法最大优点是：①拉曼散射谱线是一种相对频移，它的光谱位置与激励波长对应；如采用可见光激励，则在可见光区域探测，相当于把被测气体的指纹光谱从中远红外转移到可见区域探测，探测难度大大降低。②常见的大气污染物的拉曼谱线频移大多集中在4000cm^-1以下区域，采用波长532nm激光激励时，532-676nm的光谱范围即可覆盖0-4000cm^-1波数的探测范围；因此可以在很窄的光谱范围内实现对绝大多数污染物的测量。激光拉曼散射光谱法是一种有可能实现痕量、多种类、快速气体检测的方法；但现有拉曼光谱仪多数不是为现场气体监测设计，有如下两个缺点：①拉曼散射截面小、散射信号极其微弱(为瑞利散射的～10^-6倍)；此外，气体的体积摩尔浓度很低，参与散射的分子少；同时，气体拉曼散射光分散在4π空间、收集非常困难；这些因素导致气体拉曼散射测量的光能利用效率低、探测灵敏度低，检测限达不到大气污染监测的要求。②大型拉曼光谱仪体积大、有光栅转动部件、使用环境要求高不适合现场监测；常见的小型拉曼光谱仪受光栅色散性能和探测器像元数量的限制，单光栅只能做到2000cm^-1以内的探测范围，不覆盖大气污染监测所需要的0-4000cm^-1测量范围；并且现有的拉曼光谱调谐范围窄、光谱分辨率低。

因此，为解决以上问题，需要一种基于复合滤波器解调的拉曼检测系统及拉曼检测系统，能够保证拉曼光谱调谐范围宽，滤波器光谱分辨率高，提高检测精度。

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，提出基于复合滤波器解调的拉曼检测系统，滤波器的通带带宽保证了光谱分辨率，且滤波器的光谱扫描范围够保证拉曼光谱解调范围宽。

本发明的基于复合滤波器解调的拉曼检测系统，包括用于激发待测物产生拉曼光的拉曼光谱激发系统和用于对拉曼光谱信号解调的拉曼解调系统；

所述拉曼解调系统沿拉曼光传播方向依次包括双模光子晶体光纤声光可调谐滤波器、光纤模式滤波器和光电二极管；所述双模光子晶体光纤声光可调谐滤波器用于通过控制激励声波的频率进而控制双模光子晶体光纤声光可调谐滤波器的耦合波长，将特定波长的基模LP₀₁模耦合到双模光子晶体光纤中高阶模LP₁₁中调谐输出，所述光纤模式滤波器用于阻止双模光子晶体光纤中基模LP₀₁通过，所述光电二极管用于将高阶模LP₁₁光信号转换为电信号。

进一步，所述与双模光子晶体光纤声光可调谐滤波器连接的传导光纤端面设置有瑞利光截止滤波器。

进一步，所述光纤模式滤波器通过基模自对准光刻法设置于传播光纤的端面。

进一步，所述光电二极管为雪崩光电二极管。