[发明专利]高速液晶调制的偏振拉曼光谱测试装置和方法

说明书

本发明涉及光谱探测技术领域，具体而言涉及高速液晶调制的偏振拉曼光谱测试装置和方法，包括：激光器，用于发射激光光束；沿激光光束至待测目标光路上依次设置的1/2波片、第一铁电液晶偏振旋转器、二向色滤光片和成像物镜；沿待测目标与二向色滤光片的透射光路依次设置的第二铁电液晶偏振旋转器、线偏振片和光谱仪；控制器。本发明的光学元件数量较少，且内部无机械运动部件，结构稳定，鲁棒性好；通过铁电液晶偏振旋转器控制激光偏振方向，铁电液晶偏振旋转器具有超高速、高纯度线偏振光输出、消光比高等特点。实现对激发用激光信号和Stokes拉曼光谱的偏振调制，能够极大提高偏振调制速度。

技术领域

本发明涉及光谱探测技术领域，具体而言涉及高速液晶调制的偏振拉曼光谱测试装置和方法。

背景技术

拉曼散射的偏振态反应分子结构的极化状态，偏振拉曼光谱仪通过测试0°(水平方向)和90°方向(垂直方向)偏振拉曼散射信号的强度，可以实现对金刚石、石墨烯等晶体结构极化特性的测试，广泛应用于多种材料的物理特性测试中。

通常偏振拉曼光谱一通过条件旋转偏振片、旋转波片、偏振分束镜等方式进行偏振调制，上述调制结构需要使用转动机械结构方式旋转偏振元件，这就造成偏振拉曼光谱测试速度慢，此外转动的机械结构增加偏振拉曼光谱仪的复杂度和控制复杂性，降低系统的鲁棒性和稳定性。

发明内容

针对现有技术的缺陷与不足，本发明目的在于采用铁电液晶偏振旋转器替代传统的旋转偏振片和波片，实现对激发用激光信号和Stokes拉曼光谱的偏振调制。铁电液晶偏振旋转器的调制速度在100μs左右，能够极大提高偏振调制速度；且内部无机械运动部件，结构稳定，鲁棒性好。

本发明提出一种高速液晶调制的偏振拉曼光谱测试装置，包括：

激光器，用于发射激光光束；

沿激光光束至待测目标光路上依次设置的1/2波片、第一铁电液晶偏振旋转器、二向色滤光片和成像物镜；

沿待测目标与二向色滤光片的透射光路依次设置的第二铁电液晶偏振旋转器、线偏振片和光谱仪；

控制器；

其中，所述控制器与光谱仪、第一铁电液晶偏振旋转器和第二铁电液晶偏振旋转器相连，所述第一铁电液晶偏振旋转器和第二铁电液晶偏振旋转器响应于所述控制器的控制，能对入射的激光进行偏振调制。

优选的，所述第一铁电液晶偏振旋转器和第二铁电液晶偏振旋转器对用于将激光调制至0°和90°偏振方向。

优选的，所述控制器通过控制第一铁电液晶偏振旋转器、第二铁电液晶偏振旋转器的电压或电流实现对激光信号偏振调制。

优选的，所述第一铁电液晶偏振旋转器与第二铁电液晶偏振旋转器规格相同。

优选的，所述线偏振片和光谱仪之间设有沿光轴路径分布的反射镜、拉曼滤光片、汇聚物镜，所述拉曼滤光片用于对待测目标激发出的Stokes拉曼光谱进行滤光，所述汇聚物镜用于将滤光后的Stokes拉曼光谱汇聚至光谱仪，得到偏振拉曼光谱。

优选的，所述1/2波片用于将激光器1出射激光偏振方调节到0°。

优选的，所述线偏振片的通光轴方向调节在0°。

优选的，所述二向色滤光片被设置成能反射激光器发出的激光，并透射待测目标受激产生的Stokes拉曼光谱。

本发明第二方面提出一种技术方案，一种高速液晶调制的偏振拉曼光谱测试方法，使用上述的高速液晶调制的偏振拉曼光谱测试装置，包括以下步骤：

步骤1、控制激光器发射激光，使用光谱仪接收光谱信号；

步骤2、通过第一铁电液晶偏振旋转器控制射到待测目标的激光偏振方向；