[發明專利]基于復合濾波器解調的拉曼檢測系統

有效

• 申請號: 201810345442.8
• 申請日: 2018-04-17
• 公開（公告）號: CN108918497B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 張潔;朱永;王寧;黃培堅;牟國強
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 呂小琴

本發明公開了一種基于復合濾波器解調的拉曼檢測系統，包括用于激發待測物產生拉曼光的拉曼激發系統和用于對拉曼光譜信號解調的拉曼解調系統；所述拉曼解調系統沿拉曼光傳播方向依次包括雙模光子晶體光纖聲光可調諧濾波器、光纖模式濾波器和光電二極管；所述雙模光子晶體光纖聲光可調諧濾波器用于通過控制激勵聲波的頻率進而控制雙模光子晶體光纖聲光可調諧濾波器的耦合波長，將特定波長的基模LP₀₁模耦合到雙模光子晶體光纖中高階模LP₁₁中調諧輸出，所述光纖模式濾波器用于阻止雙模光子晶體光纖中基模LP₀₁通過，所述光電二極管于將高階模LP₁₁光信號轉換為電信號。

技術領域

本發明涉及拉曼光譜檢測領域，具體涉及一種基于復合濾波器解調的拉曼檢測系統。

背景技術

拉曼散射的起因是光和分子之間非彈性碰撞引起的能量轉移，散射光相比入射光有一定的頻率改變，其頻率改變量與分子固有振動能級相對應，是分子的“指紋”，激光拉曼散射光譜法采用單波長的激光照射被測物，通過探測和分析其拉曼散射光譜來識別被測分子指紋譜線，進行定性、定量測量，有很高的探測準確度。這種方法最大優點是：①拉曼散射譜線是一種相對頻移，它的光譜位置與激勵波長對應；如采用可見光激勵，則在可見光區域探測，相當于把被測氣體的指紋光譜從中遠紅外轉移到可見區域探測，探測難度大大降低。②常見的大氣污染物的拉曼譜線頻移大多集中在4000cm^-1以下區域，采用波長532nm激光激勵時，532-676nm的光譜范圍即可覆蓋0-4000cm^-1波數的探測范圍；因此可以在很窄的光譜范圍內實現對絕大多數污染物的測量。激光拉曼散射光譜法是一種有可能實現痕量、多種類、快速氣體檢測的方法；但現有拉曼光譜儀多數不是為現場氣體監測設計，有如下兩個缺點：①拉曼散射截面小、散射信號極其微弱(為瑞利散射的～10^-6倍)；此外，氣體的體積摩爾濃度很低，參與散射的分子少；同時，氣體拉曼散射光分散在4π空間、收集非常困難；這些因素導致氣體拉曼散射測量的光能利用效率低、探測靈敏度低，檢測限達不到大氣污染監測的要求。②大型拉曼光譜儀體積大、有光柵轉動部件、使用環境要求高不適合現場監測；常見的小型拉曼光譜儀受光柵色散性能和探測器像元數量的限制，單光柵只能做到2000cm^-1以內的探測范圍，不覆蓋大氣污染監測所需要的0-4000cm^-1測量范圍；并且現有的拉曼光譜調諧范圍窄、光譜分辨率低。

因此，為解決以上問題，需要一種基于復合濾波器解調的拉曼檢測系統及拉曼檢測系統，能夠保證拉曼光譜調諧范圍寬，濾波器光譜分辨率高，提高檢測精度。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是克服現有技術中的缺陷，提出基于復合濾波器解調的拉曼檢測系統，濾波器的通帶帶寬保證了光譜分辨率，且濾波器的光譜掃描范圍夠保證拉曼光譜解調范圍寬。

本發明的基于復合濾波器解調的拉曼檢測系統，包括用于激發待測物產生拉曼光的拉曼光譜激發系統和用于對拉曼光譜信號解調的拉曼解調系統；

所述拉曼解調系統沿拉曼光傳播方向依次包括雙模光子晶體光纖聲光可調諧濾波器、光纖模式濾波器和光電二極管；所述雙模光子晶體光纖聲光可調諧濾波器用于通過控制激勵聲波的頻率進而控制雙模光子晶體光纖聲光可調諧濾波器的耦合波長，將特定波長的基模LP₀₁模耦合到雙模光子晶體光纖中高階模LP₁₁中調諧輸出，所述光纖模式濾波器用于阻止雙模光子晶體光纖中基模LP₀₁通過，所述光電二極管用于將高階模LP₁₁光信號轉換為電信號。

進一步，所述與雙模光子晶體光纖聲光可調諧濾波器連接的傳導光纖端面設置有瑞利光截止濾波器。

進一步，所述光纖模式濾波器通過基模自對準光刻法設置于傳播光纖的端面。

進一步，所述光電二極管為雪崩光電二極管。