[發(fā)明專利]一種用于拉曼光譜分析的765nm-780nm脈沖激光器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910110801.2
• 申請日: 2009-01-04
• 公開（公告）號: CN101771238A
• 公開（公告）日: 2010-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王曉仙;吳季
• 申請（專利權(quán)）人: 福建福晶科技股份有限公司
• 主分類號: H01S3/30
• 分類號: H01S3/30;H01S3/0941;H01S3/06;H01S3/109
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技術(shù)領(lǐng)域

本方案設(shè)計(jì)的765nm-780nm脈沖激光器，屬光電子領(lǐng)域。

技術(shù)背景

拉曼光譜是一種散射光譜，它是1928年印度物理學(xué)家C?V?Raman發(fā)現(xiàn)的。拉曼光譜作為一種鑒定物質(zhì)結(jié)構(gòu)的分析測試手段而被廣泛應(yīng)用，尤其是60年代以后，激光光源的引入、微弱信號檢測技術(shù)的提高和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，使拉曼光譜分析在許多應(yīng)用領(lǐng)域取得很大的發(fā)展。目前，拉曼光譜已廣泛應(yīng)用于材料、化工、石油、高分子、生物、環(huán)保、地質(zhì)等領(lǐng)域。就分析測試而言，拉曼光譜和紅外光譜相配合可以更加全面地研究分子的運(yùn)動狀態(tài)，提供更多的分子結(jié)構(gòu)分析方面的信息。

目前的拉曼光譜儀光源的可見光激光器應(yīng)用最多的是氬離子激光器，可產(chǎn)生10種波長的激光，其中最強(qiáng)的是488納米(藍(lán)光)和514納米(綠光)激光器；另外，532納米固體二極管泵浦激光器、632.8納米(紅光)、780納米等可見光激光器；以及785納米二極管、830納米近紅外激光器；摻釹的釔鋁石榴石(YAG)激光器被用作傅里葉變換拉曼光譜的光源，其激光波長為1064納米(紅外)；染料激光器是目前較成熟、應(yīng)用較為普遍的可調(diào)諧激光器，是共振拉曼研究時(shí)的理想光源。研究生物蛋白質(zhì)、細(xì)胞等，則需要波長較長的近紅外光，避免了熒光對拉曼光譜的干擾。但對于一些深色、黑色粉末樣品，由于近紅外的熱效應(yīng)，而使熱背景干擾拉曼光譜，這時(shí)選擇可見光區(qū)的激光比較合理。對于研究化學(xué)發(fā)光和熒光光譜，則選擇紫外激光器。所以在研究顏料時(shí)，需要選配514納米和785(或830納米)納米兩種波長的激光器，對于藍(lán)、綠色顏料則采用514納米的激光器進(jìn)行分析，對于紅、黃、白色顏料采用785納米的激光器進(jìn)行分析。

國內(nèi)現(xiàn)有的拉曼光譜儀大多都是研究級的，體積龐大，價(jià)格昂貴，還需要專業(yè)技術(shù)人員操作，在檢測領(lǐng)域中很難到達(dá)普及，特別是780nm激光器目前比較少，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了名用與軍用的要求。目前比較多可調(diào)諧光源是鈦寶石激光器或者染料激光器，而鈦寶石激光器需要用較大功率的532nm泵浦，整臺設(shè)備體質(zhì)非常龐大，還需要防震平臺，而染料激光器因?yàn)樾枰行迈r的染料溶液不斷通過激活區(qū)，使用非常不方便。為了克服這些缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)研制了一臺體積小、質(zhì)量輕，穩(wěn)定可靠，操作簡單的用激光玻璃泵浦LN倍頻的激光器，它和傳統(tǒng)的鈦寶石可調(diào)諧激光器或者染料激光器相比，這種激光器穩(wěn)定性高，重量輕，有利于拉曼光譜技術(shù)便攜式的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是解決目前拉曼光譜分析中765nm-780nm光源較少，且價(jià)格高，體積龐大等缺點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)重量輕、激光穩(wěn)定性高，易實(shí)現(xiàn)便攜式等特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用以下方案實(shí)現(xiàn)的：

1.傳統(tǒng)的鈦寶石可調(diào)諧激光器，用藍(lán)綠激光器作為泵浦源，整套系統(tǒng)分有兩個(gè)部分，體積龐大，價(jià)格昂貴不少于50萬人民幣。而本發(fā)明采用激光玻璃作為激光增益介質(zhì)，提高激光器穩(wěn)定性，價(jià)格便宜，整套系統(tǒng)價(jià)格只要傳統(tǒng)鈦寶石激光器的五分之一。主要用于功率低，便攜式的拉曼光譜分析儀中。激光玻璃主要有如：Er/Yb共摻磷酸鹽玻璃、N21型摻釹磷酸鹽激光玻璃、N31型摻釹磷酸鹽激光玻璃，其輸出光譜在1520nm-1560nm。在Er⁺³在Er₂O₃濃度為2％～5％(或者Er+3離子濃度在2×10¹⁹cm^-3～5×10¹⁹cm-^-3之間)，Er⁺³離子濃度只有足夠低才能產(chǎn)生合理的激發(fā)閾值。Er⁺³為三能級系統(tǒng)，在達(dá)到閾值之前必須要大約60％的離子得到激發(fā)，另一方面，Er⁺³的離子濃度必須足夠高，以便從Yb⁺³到Er⁺³的能量轉(zhuǎn)移效率比較高。所以，Er玻璃中Yb⁺³離子濃度是1.5×10²¹cm^-3～5×10²¹cm^-3，Er⁺³離子濃度為10¹⁹cm^-3的量級。

2.采用脈沖調(diào)制電源，980nm激光二極管，是因?yàn)樵贓r和Yb共摻磷酸鹽玻璃中，抽運(yùn)能量首先被Yb⁺³吸收，再轉(zhuǎn)移到Er⁺³。Yb⁺³吸收900nm～1000nm的抽運(yùn)光，主要的吸收波長落在915nm～980nm，吸收峰值為976nm。LD脈沖抽運(yùn)有利于提高鉺玻璃的重頻和抽運(yùn)效率。