[發(fā)明專利]基于激光倍頻及雙空芯光纖的拉曼光譜液體探測方法

有效

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• 申請日: 2016-10-11
• 公開（公告）號: CN106645080B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發(fā)明（設計）人: 張雯;祝連慶;姚齊峰;婁小平;董明利;李紅;何巍
• 申請（專利權）人: 北京信息科技大學
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65
• 代理公司: 北京律恒立業(yè)知識產(chǎn)權代理事務所(特殊普通合伙) 11416
• 代理人: 顧珊;龐立巖

1.基于激光倍頻及雙空芯光纖的拉曼光譜液體探測方法，該方法包

括如下步驟：

（a）使用波長為 915 納米或 976 納米的連續(xù)激光器作為光源，通過波分復用器將所述連續(xù)激光器發(fā)出的激光耦合進入由第一光纖布拉格光柵和第二光纖布拉格光柵構成的激光諧振腔；

（b）所述第一光纖布拉格光柵和所述第二光纖布拉格光柵之間還依次連接有源光纖和三硼酸鋰倍頻晶體；所述連續(xù)激光器發(fā)出的激光經(jīng)過所述有源光纖放大后并在所述激光諧振腔內(nèi)振蕩產(chǎn)生為 1 微米波長激光；

（c）所述 1 微米波長激光再經(jīng)過所述三硼酸鋰倍頻晶體產(chǎn)生倍頻并輸出 532 納米窄線寬激光，進一步通過分光比為 50:50的耦合器將所述532 納米窄線寬激光分為第一束激光和第二束激光；

（d）所述第一束激光和所述第二束激光分別通過第一透鏡和第二透鏡將所述第一束激光和所述第二束激光分別聚焦至內(nèi)部裝有參考液體的第一空芯光纖和內(nèi)部裝有待測液體的第二空芯光纖，其中，

將參考液體和待測液體從第一空芯光纖和第二空芯光纖的一端注入、同時放低第一空芯光纖和第二空芯光纖另一端使液體沿第一空芯光纖和第二空芯光纖流入，在第一空芯光纖和第二空芯光纖頭處留置空間；

（e）所述第一束激光和所述第二束激光作為激發(fā)光分別激發(fā)所述參考液體和所述待測液體產(chǎn)生拉曼散射光并分別再經(jīng)第一收集光路透鏡和第二收集光路透鏡導入至第一光電探測器和第二光電探測器；

（f）所述第一光電探測器和所述第二光電探測器分別將探測到的所述激發(fā)光和所述拉曼散射光傳輸至數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)進行分析，其中，所述拉曼光譜的強度與所述第一空芯光纖和所述第二空芯光纖的長度之間的變化以下遵循方程：

所述激發(fā)光和所述拉曼散射光在所述第一空芯光纖或所述第二空芯光纖內(nèi)的液體中呈e指數(shù)衰減，且具有相同的損耗系數(shù)，其中P_R為拉曼散射光強度，P_L為激發(fā)光強度，α為所述第一空芯光纖或所述第二空芯光纖內(nèi)液體的損耗系數(shù)，χ為所述第一空芯光纖或所述第二空芯光纖的長度，K為所述空芯光纖內(nèi)液體的散射截面和光纖數(shù)值孔徑相關的常數(shù)；

（g）所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)經(jīng)分析獲得所述參考液體的拉曼光譜和所述待測液體的拉曼光譜并進行對比，從而得出所述待測液體與所述參考液體之間的組分差異以及實現(xiàn)對所述待測液體的成分分析。

2.根據(jù)權利要求1所述的液體探測方法，其特征在于：所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)采用自動減基線的方法分別對所述參考液體拉曼光譜和所述待測液體拉曼光譜進行減基處理并獲得優(yōu)化后的參考液體拉曼光譜和優(yōu)選后的待測液體拉曼光譜。

3.根據(jù)權利要求2所述的液體探測方法，其特征在于：所述第一空芯光纖和所述第二空芯光纖為空芯石英光纖并共用一個外部包層且所述外部包層的兩個端部由焊錫進行固定。

4.根據(jù)權利要求3所述的液體探測方法，其特征在于：所述第一空芯光纖和所述第二空芯光纖的內(nèi)壁均鍍有高反介質(zhì)膜。

5.根據(jù)權利要求4所述的液體探測方法，其特征在于：所述有源光纖為摻鐿光纖。

6.根據(jù)權利要求5所述的液體探測方法，其特征在于：所述連續(xù)激光器采用蝶形激光光源。

7.根據(jù)權利要求6所述的液體探測方法，其特征在于：所述第一光纖布拉格光柵和所述第二光纖布拉格光柵均采用反射率大于 90%、3dB線寬小于 0.2 納米且反射波長為 1060納米的光纖光柵。