[發明專利]一種單光源CARS光譜裝置及檢測拉曼活性介質的方法

有效

• 申請號: 201611029151.5
• 申請日: 2016-11-22
• 公開（公告）號: CN108088832B
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 袁紅;蓋寶棟;劉金波;郭敬為;金玉奇
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

1.一種單光源CARS光譜裝置，包括泵浦激光器（1），光隔離器（2），第一聚焦透鏡（3），激發池（4），第二聚焦透鏡（5），測量池（6），短波通濾波片（7），CARS光探測器（8），其特征在于：泵浦激光器（1）的輸出光通過光隔離器（2）后經第一聚焦透鏡（3）聚焦，從激發池（4）一側的入射光窗口注入激發池中；激發池中產生的后向受激拉曼散射光和后向受激布里淵散射光，經第一聚焦透鏡（3）后再經光隔離器（2）與入射光束分離，經第二聚焦透鏡（5）聚焦，從測量池（6）一側的入射光窗口注入測量池中；在測量池中產生的CARS信號光與后向受激布里淵散射光、后向受激拉曼散射光一同從測量池的另一側窗口輸出，再經短波通濾波片（7）濾除后向受激布里淵散射光和后向受激拉曼散射光后由CARS光探測器（8）接收。

2.根據權利要求1所述的裝置，其特征是：為消除激發池（4）中產生的反斯托克斯拉曼光對探測結果的影響，可在后向光路上光隔離器（2）之后，測量池（6）之前的光路中加入一個長波通濾波器（9），如置于光隔離器（2）與第二聚焦透鏡（5）之間，或置于第二聚焦透鏡（5）和之間測量池（6）之間，將激發池（4）中產生的反斯托克斯拉曼光濾除，剩下的后向受激布里淵散射光和后向受激拉曼散射光作為CARS檢測裝置的激發源。

3.根據權利要求2所述的裝置，其特征是：為了提高探測靈敏度，可在長波通濾波器（9）后的光路中放置染料循環放大池（10），配制熒光波長范圍包括斯托克斯光的染料溶液放入染料循環放大池（10）中，將激發池（4）中的液體調到適宜溫度，同時調節激發池（4）的長度，會增加后向斯托克斯光的比例，從而增加CARS信號強度。

4.根據權利要求3所述的裝置，其特征是：為達到定量探測目的，或者比較不同樣品中某一物種的含量多少，可在光路中加入分束鏡（11），處于染料循環放大池（10）與第二聚焦透鏡（5）之間，由分束鏡（11）反射的光經長波通二向色鏡（12）透射后照射到斯托克斯光探測器（13）上，長波通二向色鏡（12）反射的光照射到后向受激布里淵散射光探測器（14）上。

5.一種采用權利要求1-4任一所述單光源CARS光譜裝置檢測拉曼活性介質的方法，其特征是：于激發池（4）中裝入后向受激拉曼散射斯托克斯光光譜范圍可覆蓋被測組分斯托克斯光特征光譜線的具有拉曼活性和受激布里淵活性的介質，于測量池（6）中裝入待測物種；CARS光探測器（8）采集的CARS光信號的波長，可定性檢測待測物種。

6.根據權利要求5所述的檢測拉曼活性介質的方法，其特征是：激發池（4）內填裝的具有拉曼活性和受激布里淵活性介質的斯托克斯光光譜必須能夠覆蓋待測物種的拉曼斯托克斯光特征光譜線。

7.根據權利要求5所述的檢測拉曼活性介質的方法，其特征是：CARS光探測器（8）采集的CARS光信號強度為I，后向受激布里淵散射光探測器（14）采集的后向受激布里淵散射光信號強度為I_p，斯托克斯光探測器（13）采集的斯托克斯光信號強度為I_s；C為測量池中待測物種的濃度，滿足以下等式；其中比例系數k通過測已知濃度的被測物種進行標定。

8.根據權利要求5所述的檢測拉曼活性介質的方法，其特征是：本發明中的泵浦激光器（1）應采用高峰值功率的脈沖激光器，峰值功率須達到兆瓦以上；光隔離器（2）由偏振分束立方體和四分之一玻片組成，使后向后向受激布里淵散射光和后向受激拉曼散射光從垂直光路方向出射；短波通濾波片（7）可以透過泵浦光波長以下的光，能濾掉后向受激布里淵散射光和斯托克斯光，只留CARS信號光由探測器接受；長波通濾波器（9）可阻止波長小于泵浦光波長的光進入測量池；長波通二向色鏡（12）可反射波長不大于泵浦光波長的光。