[發(fā)明專利]一種單光源CARS光譜裝置及檢測拉曼活性介質(zhì)的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611029151.5
• 申請日: 2016-11-22
• 公開（公告）號: CN108088832B
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁紅;蓋寶棟;劉金波;郭敬為;金玉奇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院大連化學(xué)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(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

一種新型CARS激發(fā)源裝置及檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，涉及激光光譜技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用的是相干反斯托克斯拉曼光譜技術(shù)，采用一臺激光器作為光源，利用受激拉曼后向SBS光和斯托克斯光光束質(zhì)量好，兩束光自動合束，滿足相位匹配的特點(diǎn)；其次，激發(fā)池內(nèi)的拉曼活性液體的拉曼頻移范圍包括待測物種的拉曼頻移，因此不用像普通CARS光譜儀一樣要調(diào)節(jié)斯托克斯光的波長，就能產(chǎn)生波長精確滿足要求的斯托克斯光；再者，液體的拉曼閾值較低，因此能在較低能量下產(chǎn)生SBS光和斯托克斯光作為CARS光譜的激發(fā)源。總體上說，降低了成本，降低了光路調(diào)節(jié)難度，降低了維護(hù)難度并且提高了檢測精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光光譜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種CARS光譜儀的激發(fā)源裝置及檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

CARS（相干反斯托克斯拉曼散射）光譜技術(shù)是一種三階非線性激光光譜技術(shù)，利用分子的拉曼活性共振獲取氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)中分子的光譜信號。目前的CARS光譜技術(shù)多采用兩束或多數(shù)激光光源，其中一束激光作為泵浦光，另一束激光（一般由染料激光器或者OPO產(chǎn)生）作為斯托克斯光，依據(jù)情況不同可能再采用一束激光作為探測光（或者泵浦光同時作為探測光），因此需要至少兩臺激光器或者至少一臺激光器和一臺OPO提供輸入激光。目前的CARS技術(shù)采用的方案面臨成本過高，精密的可調(diào)諧激光系統(tǒng)維護(hù)困難并需要定期校正等問題。針對上述問題，本發(fā)明提出一種基于SRS（受激拉曼散射）和SBS（受激布里淵散射）的單光源低成本CARS光譜裝置，采用具有拉曼活性和受激布里淵活性的物質(zhì)作為斯托克斯光和SBS光產(chǎn)生裝置，與泵浦激光器配合實(shí)現(xiàn)待測拉曼活性物種的檢測。

發(fā)明內(nèi)容

針對目前CARS光譜檢測技術(shù)存在的成本高，維護(hù)困難等問題，提出了一種基于SRS（受激拉曼散射）和SBS（受激布里淵散射）的單光源CARS光譜裝置，實(shí)現(xiàn)對拉曼活性物種的檢測。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種單光源CARS光譜裝置，包括泵浦激光器，光隔離器，第一聚焦透鏡，激發(fā)池，第二聚焦透鏡，測量池，短波通濾波片，CARS光探測器；泵浦激光器的輸出光通過光隔離器后經(jīng)第一聚焦透鏡聚焦，從激發(fā)池一側(cè)的入射光窗口注入激發(fā)池中；激發(fā)池中產(chǎn)生的后向受激拉曼散射（SRS）光和后向受激布里淵散射（SBS）光，經(jīng)第一聚焦透鏡后再經(jīng)光隔離器與入射光束分離，經(jīng)第二聚焦透鏡聚焦，從測量池一側(cè)的入射光窗口注入測量池中；在測量池中產(chǎn)生的CARS信號光與SBS光、SRS光一同從測量池的另一側(cè)窗口輸出，再經(jīng)短波通濾波片濾除SBS光和SRS光后由探測器接收。

采用本發(fā)明所述裝置進(jìn)行CARS光譜檢測的方法是：于激發(fā)池中裝入拉曼頻移范圍包括被測組分的具有拉曼活性和受激布里淵活性的液體，于測量池中裝入待測物種；CARS光探測器采集的CARS光信號強(qiáng)度為I。

為消除激發(fā)池中產(chǎn)生的反斯托克斯拉曼光對探測結(jié)果的影響，可在后向光路上光隔離器之后，測量池之前的光路中加入一個長波通濾波器，如置于光隔離器與第二聚焦透鏡之間，或置于第二聚焦透鏡和之間測量池之間，剩下的SBS光和SRS光作為CARS檢測裝置的激發(fā)源。

為了提高探測靈敏度，可在長波通濾波器后的光路中放置染料循環(huán)放大池，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(huán)放大池中，將激發(fā)池中的液體調(diào)到適宜溫度，同時調(diào)節(jié)激發(fā)池的長度，會增加后向斯托克斯光的比例，從而增加CARS信號強(qiáng)度。

為達(dá)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等關(guān)系，可在光路中加入分束鏡，處于染料循環(huán)放大池與第二聚焦透鏡之間，由分束鏡反射的光經(jīng)長波通二向色鏡透射后照射到斯托克斯光探測器上，長波通二向色鏡反射的光照射到SBS光探測器上。

采用上述單光源CARS光譜裝置檢測拉曼活性介質(zhì)的方法是，于激發(fā)池中裝入SRS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(zhì)，于測量池中裝入待測物種；CARS光探測器采集的CARS光信號的波長，可定性檢測待測物種。