[發明專利]基于雙波長光纖干涉法探測納米微粒尺度的方法及裝置

有效

• 申請號: 201310373061.8
• 申請日: 2013-08-25
• 公開（公告）號: CN103424344A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 吳興坤;黃河;陳施潔;鄒紅梅
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N15/02
• 分類號: G01N15/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

1.一種基于雙波長光纖干涉法探測納米微粒尺度的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：兩個波長差為10-20nm的DFB/DBR激光二極管作為光源，由波分復用合波器將兩個光源發出的兩波長光束合并于一根光纖中，由隔離器防止回波至DFB/DBR激光二極管而影響其穩定性，由功率分叉器分出90-99%功率的光至準直器準直，得到雙波長準直光束，剩余1-10%功率的光為參考光；

步驟2：雙波長準直光束由分裂反射鏡左右各反射一個波長的光束，之后由大數值孔徑透鏡聚焦兩個半圓錐形光束于微納流道，產生回波，該回波通過波分解復用器后，用功率合成器輸入于兩個獨立的帶PGC調制的邁克爾遜干涉儀中；

步驟3：參考光的固定相位差和振動幅度M的相位由壓電陶瓷帶動微反射鏡調制后，輸入于步驟2所述兩個獨立的帶PGC調制的邁克爾遜干涉儀中；參考光和回波的光強度由電控光纖可調衰減器調節至1:1后，在邁克爾遜干涉儀的干涉臂中產生干涉，產生的干涉信號由24位以上ADC模數轉換器轉換后由DSP取樣；

步驟4：提取并處理干涉數據：當納米微粒通過微納流道內兩半圓錐形光束的聚焦區域（直徑0.5-0.7μm）時，兩個邁克爾遜干涉儀相繼收到相移信號，兩個相移信號疊加得到相移量，通過下式解出σ的數值即可得到納米微粒的尺度：

式中，E₀為信號光和參考光的振幅；σ為納米微粒的散射截面，即為納米微粒的尺度；A為光束截面，E_inc為探測光束振幅，I為合成光強度，I₀為信號光和參考光的光強，M為調制深度，ω₀為調制聲波的頻率，為調制初始相位，ψ為第三束散射光的初相位，t為時間。

2.一種實現權利要求1所述方法的基于雙波長光纖干涉法探測納米微粒尺度的裝置，其特征在于，該裝置包括：第一激光二極管（1）、第二激光二極管（2）、波分復用合波器（3）、隔離器（4）、功率分叉器（5）、功率耦合器（6）、準直器（7）、分裂雙波長反射鏡（8）、大數值孔徑透鏡（9）、微流通道（10）、第一波分解復用器（11）、衰減器（12）、第一功率合成器（13）、第一2x2耦合器（14）、折射率匹配液（15）、反射鏡（16）、壓電陶瓷（17）、偏振控制反射鏡（18）、第一光電二極管（19）、放大器（20）、模擬數字轉換器（21）、DSP芯片（22）、第二波分解復用器（23）、第三波分解復用器（24）、第二功率合成器（25）、第二2x2耦合器（26）和第二光電二極管（27）等；其中，所述第一激光二極管（1）和第二激光二極管（2）均與波分復用合波器（3）相連，波分復用合波器（3）、隔離器（4）和接功率分叉器（5）依次相連，功率分叉器（5）的輸出端分別連接功率耦合器（6）和衰減器（12），第一波分復用器（11）與功率耦合器（6）相連，功率耦合器（6）連接準直器（7），準直器（7）與分裂雙波長反射鏡（8）、大數值孔徑透鏡（9）和微流通道（10）依次相連；衰減器（12）與第三波分復用器（24）相連；第一2x2耦合器（14）的一側分別連接第三波分復用器（24）的短波輸出端和第一光電二極管（19）的輸入端，另一側分別連接第一功率合成器（13）的輸出端和折射率匹配液（15），第二2x2耦合器（26）的一側分別連接第三波分復用器（24）的長波輸出端和第二光電二極管（27）的輸入端，另一側分別連接第二功率合成器（25）的輸出端和折射率匹配液（15），第一光電二極管（19）的輸出端和第二光電二極管（27）的輸出端均與放大器（20）相連，放大器（20）通過模擬數字轉換器（21）與DSP芯片（22）相連，折射率匹配液（15）、反射鏡（16）和壓電陶瓷（17）依次相連后，與DSP芯片（22）相連；第一波分復用器（11）的短波輸出端和第二波分復用器（23）的短波輸出端均與第一功率合成器（13）的輸入端相連，第一波分復用器（11）的長波輸出端和第二波分復用器（23）的長波輸出端均與第二功率合成器（25）的輸入端相連，偏振控制反射鏡（18）與第二波分復用器（23）的輸入端相連。

3.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述第一激光二極管（1）和第二激光二極管（2）可以為DFB激光二極管或DBR激光二極管。

4.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述大數值孔徑透鏡（9）的數值孔徑大于0.65。