基于腔外諧振腔技術(shù)的拉曼光譜增強(qiáng)裝置及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型揭示了一種基于腔外諧振腔技術(shù)的拉曼光譜增強(qiáng)裝置及系統(tǒng)，所述裝置包括激光器、激光傳輸光纖、激發(fā)晶體、透反鏡、倍頻晶體以及諧振腔；所述激光器為拉曼檢測(cè)提供激光光源，激光器通過激光傳輸光纖連接激發(fā)晶體，激發(fā)晶體產(chǎn)生特定波長的激光；所述透反鏡經(jīng)過鍍膜處理，只允許特定頻率光通過，全反射其他波長的光；倍頻晶體用于改變激光的頻率；所述諧振腔用于保證改變頻率后的激光能實(shí)現(xiàn)全反射。本實(shí)用新型克服了在線拉曼光譜在檢測(cè)較低組分物質(zhì)時(shí)，拉曼效應(yīng)弱造成的譜圖不全不準(zhǔn)確的影響，保證了拉曼光譜儀對(duì)在線復(fù)雜多組分物質(zhì)得到有效分析檢測(cè)。
【專利說明】基于腔外諧振腔技術(shù)的拉曼光譜增強(qiáng)裝置及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于光電【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種拉曼光譜增強(qiáng)裝置，尤其涉及一種基于腔外諧振腔技術(shù)的拉曼光譜增強(qiáng)裝置；同時(shí)，本實(shí)用新型還涉及一種基于腔外諧振腔技術(shù)的拉曼光譜增強(qiáng)系統(tǒng)。本實(shí)用新型用于拉曼光譜儀實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)氣體、液體或氣液混合物質(zhì)組分時(shí)的拉曼光譜效應(yīng)的增強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)在線拉曼光譜在檢測(cè)較低組分物質(zhì)時(shí)，準(zhǔn)確的進(jìn)行定性定量分析。
【背景技術(shù)】
[0002]拉曼散射是指光通過介質(zhì)時(shí)由于入射光與分子運(yùn)動(dòng)相互作用而引起光的頻率變化，1928年由印度物理學(xué)家錢德拉塞卡拉.拉曼發(fā)現(xiàn)。拉曼光譜分析技術(shù)是一種以拉曼散射效應(yīng)為基礎(chǔ)的非接觸式光譜分析技術(shù)，它能對(duì)物質(zhì)的成分和結(jié)構(gòu)進(jìn)行定性、定量分析。拉曼光譜測(cè)量速度快，應(yīng)用拉曼光譜分析可以做到原位實(shí)時(shí)測(cè)量，有利于過程控制的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。從1928年到1940年，拉曼光譜一直是研究中的熱點(diǎn)，但由于拉曼效應(yīng)太弱，人們無法檢測(cè)研究較弱的拉曼散射信號(hào)，在測(cè)定時(shí)要求樣品體積足夠大、無色、無塵埃、無熒光等。這些缺點(diǎn)很大程度上制約了拉曼光譜的進(jìn)一步研究及實(shí)際應(yīng)用，因此隨著40年代紅外光譜技術(shù)的進(jìn)步和商業(yè)化，拉曼光譜的地位受到了極大的削弱。由于拉曼散射光太微弱，科學(xué)家?guī)资陙砗茈y將拉曼散射付諸于實(shí)踐。自I960年出現(xiàn)激光后，由于激光具有單色性好、能量集中、輸出功率大等特點(diǎn)、尤其是光譜輻射密度高、激光源體積小、重量輕、易自動(dòng)化操作等優(yōu)點(diǎn)，故而很快將激光用于拉曼光譜儀的激發(fā)光源，從而使拉曼光譜獲得了新的起點(diǎn)。采用激光作為單色光源，將樣品分子激發(fā)到某一虛態(tài)，隨后受激分子躍遷到一個(gè)與基態(tài)不同的振動(dòng)能級(jí)，此時(shí)，散射輻射的頻率將與入射頻率不同。這種頻率變化與基態(tài)和終態(tài)的振動(dòng)能級(jí)差相當(dāng)。這種“非彈性散射”光就稱之為拉曼散射。拉曼光譜的優(yōu)點(diǎn)在于它的快速，準(zhǔn)確，測(cè)量時(shí)通常不破壞樣品(固體、半固體、液體或氣體)，樣品制備簡單甚至不需樣品制備。
[0003]現(xiàn)在的拉曼光譜檢測(cè)完全可以進(jìn)行直接針對(duì)產(chǎn)品的具體指標(biāo)進(jìn)行直接反饋控制。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際拉曼光譜定性定量分析中，拉曼譜圖信號(hào)的準(zhǔn)確獲取是整個(gè)拉曼光譜分析流程中的關(guān)鍵，只有信號(hào)的準(zhǔn)確可靠，才能談?wù)撍亩ㄐ?、定量?zhǔn)確度?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)在物料低濃度、微量時(shí)，其拉曼效應(yīng)不強(qiáng)，相對(duì)拉曼信號(hào)比較微弱，從而導(dǎo)致在進(jìn)行在線拉曼監(jiān)測(cè)時(shí)的準(zhǔn)確性降低，而恰恰這些微量的物質(zhì)組分含量是在線檢測(cè)中最需要檢測(cè)的物質(zhì)。
[0004]有鑒于此，如何解決低濃度、微量物質(zhì)檢測(cè)這一拉曼光譜監(jiān)測(cè)在流程工業(yè)中應(yīng)用的瓶頸問題，是目前在線拉曼光譜儀應(yīng)用的棘手問題，也是必須解決的問題。本實(shí)用新型裝置就是基于諧振腔全反射原理，結(jié)合腔外倍頻技術(shù)，增強(qiáng)拉曼效應(yīng)，提供高質(zhì)量的拉曼信號(hào)，使拉曼對(duì)于低濃度物質(zhì)檢測(cè)更加準(zhǔn)確，將對(duì)流程工業(yè)的未來產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是:提供一種基于腔外諧振腔技術(shù)的拉曼光譜增強(qiáng)裝置，可提供高質(zhì)量的拉曼信號(hào)，使拉曼光譜對(duì)于低濃度物質(zhì)檢測(cè)更加準(zhǔn)確，將對(duì)流程工業(yè)的未來產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
[0006]同時(shí)，本實(shí)用新型提供一種基于腔外諧振腔技術(shù)的拉曼光譜增強(qiáng)系統(tǒng)，可提供高質(zhì)量的拉曼信號(hào)，使拉曼光譜對(duì)于低濃度物質(zhì)檢測(cè)更加準(zhǔn)確，將對(duì)流程工業(yè)的未來產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種基于腔外諧振腔技術(shù)的拉曼光譜增強(qiáng)裝置，用于液體、氣體、及氣液混合物質(zhì)在進(jìn)行在線拉曼光譜檢測(cè)時(shí)拉曼信號(hào)的增強(qiáng)；
[0009]所述裝置包括激光器、激光傳輸光纖、激發(fā)晶體、透反鏡、倍頻晶體以及諧振腔；
[0010]所述激光器為拉曼檢測(cè)提供激光光源，激光器通過激光傳輸光纖連接激發(fā)晶體，激發(fā)晶體產(chǎn)生特定波長的激光；
[0011]所述透反鏡經(jīng)過鍍膜處理，只允許特定頻率光通過，全反射其他波長的光；倍頻晶體用于改變激光的頻率；所述諧振腔用于保證改變頻率后的激光能實(shí)現(xiàn)全反射。
[0012]作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，所述裝置包括兩個(gè)透反鏡，分別設(shè)置于倍頻晶體的兩側(cè)；透反鏡、倍頻晶體設(shè)置于諧振腔內(nèi)。
[0013]作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，所述諧振腔包括兩面互相平行的反射鏡，兩個(gè)反射鏡之間放置工作物質(zhì)，構(gòu)成這種諧振腔的兩個(gè)全反鏡為透反鏡。
[0014]作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，所述透反鏡、倍頻晶體以及諧振腔內(nèi)的全反射鏡集成在一個(gè)鍍膜晶體上，該鍍膜晶體能透射過特定頻率的激光。
[0015]一種基于腔外諧振腔技術(shù)的拉曼光譜增強(qiáng)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:上述的拉曼光譜增強(qiáng)裝置、拉曼檢測(cè)器、第二光纖、拉曼光譜儀；
[0016]所述拉曼光譜增強(qiáng)裝置的諧振腔內(nèi)設(shè)置所述拉曼檢測(cè)器，拉曼信號(hào)通過第二光纖傳導(dǎo)至拉曼光譜儀進(jìn)行光譜分析。
[0017]本實(shí)用新型的有益效果在于:本實(shí)用新型提出的基于腔外諧振腔技術(shù)的拉曼光譜增強(qiáng)裝置、系統(tǒng)及方法，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)氣體、液體或氣液混合物質(zhì)組分時(shí)的拉曼光譜信號(hào)的增強(qiáng)，通過對(duì)激光器發(fā)射的特定波長激光的波長改變，以及使用Fabry-Perot諧振腔使激光進(jìn)行多次全反射，達(dá)到激光的增強(qiáng)和增大接觸面積的目的，克服了在線拉曼光譜在檢測(cè)較低組分物質(zhì)時(shí)，拉曼效應(yīng)弱造成的譜圖不全不準(zhǔn)確的影響，保證了拉曼光譜儀對(duì)在線復(fù)雜多組分物質(zhì)得到有效分析檢測(cè)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型拉曼光譜增強(qiáng)系統(tǒng)的原理示意圖。
[0019]圖2為本實(shí)用新型裝置的諧振腔內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例。
[0021]實(shí)施例一
[0022]本實(shí)用新型揭示了一種基于腔外諧振腔技術(shù)的拉曼光譜增強(qiáng)裝置及系統(tǒng)，本實(shí)用新型裝置可應(yīng)用于拉曼光譜儀實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)氣體、液體或氣液混合物質(zhì)組分時(shí)的拉曼光譜信號(hào)的增強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)在線拉曼光譜在檢測(cè)較低組分物質(zhì)時(shí)，能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的定性定量分析。由于光譜在線檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)比較復(fù)雜、惡劣，在線拉曼光譜檢測(cè)通過光纖傳導(dǎo)的范圍在150m內(nèi)為較佳狀態(tài)，所以本實(shí)用新型的校正裝置隨在線拉曼檢測(cè)器主體裝置一起被安放在分析小屋內(nèi)，同時(shí)本實(shí)用新型裝置的結(jié)構(gòu)體積較小、使用較方便。
[0023]以下結(jié)合較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本實(shí)用新型提供的【具體實(shí)施方式】、特征及其功效，詳細(xì)說明后，為了簡單清楚地目的，下文恰當(dāng)?shù)氖÷粤斯夹g(shù)的描述以免那些不必要的細(xì)節(jié)影響對(duì)本技術(shù)方案的描述。
[0024]請(qǐng)參閱圖1，在本實(shí)施例中，選取波長為808nm的激光作為激光器1，為后續(xù)拉曼檢測(cè)提供激發(fā)光源，激光變頻及增強(qiáng)部分包括:激光傳導(dǎo)光纖2，激發(fā)產(chǎn)生1064nm波長激光的激發(fā)晶體3，允許特定頻率激光通過的透反鏡6、7，改變激光頻率的倍頻晶體4，以及保證改變頻率后的激光可以實(shí)現(xiàn)全反射的Fabry-Perot諧振腔5 ；Fabry-Perot諧振腔5腔內(nèi)充滿了待檢測(cè)物料，腔體內(nèi)設(shè)有拉曼檢測(cè)器8，拉曼信號(hào)通過光纖9傳導(dǎo)至拉曼光譜儀10進(jìn)行光譜分析。
[0025]如圖2，圖2揭示了上述諧振腔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，本實(shí)用新型中選用的允許特定頻率激光通過的透反鏡6、7，改變激光頻率的倍頻晶體4，以及保證改變頻率后的激光可以實(shí)現(xiàn)全反射的Fabry-Perot諧振腔5，在實(shí)際應(yīng)用中，可以集成在一個(gè)鍍膜晶體11上，鍍膜晶體11的特征在于可以透射過特定頻率的激光，通過倍頻技術(shù)改變特設(shè)的激光頻率，并且全反射倍頻后的特定頻率的激光。
[0026]對(duì)于特定激光頻率的改變，將激光器I發(fā)射的808nm的激光，通過光纖2進(jìn)行傳導(dǎo)，到達(dá)激發(fā)晶體3產(chǎn)生1064nm的激光，然后通過只允許特定波長1064nm通過的透反鏡6，所以進(jìn)入倍頻晶體4前的激光波長為1064nm。特定波長為1064nm的激光通過倍頻晶體4后將改變其原來的波長，波長的改變?cè)谟诒额l晶體的選定，選用兩倍倍頻晶體，1064nm的激光轉(zhuǎn)化為原來波長的一半即為532nm。
[0027]對(duì)于特定激光增強(qiáng)，改變頻率后的激光在Fabry-Perot諧振腔5內(nèi)，進(jìn)行全反射，反復(fù)震蕩增強(qiáng)，。由于我們?cè)诩す膺M(jìn)入Fabry-Perot諧振腔時(shí)設(shè)置了倍頻晶體4，在腔內(nèi)進(jìn)行全反射的激光不會(huì)透過前面的透反鏡損失掉。在腔內(nèi)進(jìn)行多次全反射增強(qiáng)的激光多次直接照射在待檢測(cè)的待測(cè)物料上，產(chǎn)生拉曼光，并由放置在腔內(nèi)的拉曼效應(yīng)檢測(cè)器8進(jìn)行拉曼信號(hào)采集，獲得增強(qiáng)后的物料拉曼檢測(cè)信號(hào)，通過光纖9傳至拉曼光譜成像系統(tǒng)，最后獲得增強(qiáng)后的檢測(cè)物料拉曼譜圖。
[0028]以上介紹了本實(shí)用新型基于腔外諧振腔技術(shù)的拉曼光譜增強(qiáng)裝置及系統(tǒng)，本實(shí)用新型在揭示上述裝置及系統(tǒng)的同時(shí)，還揭示一種上述拉曼光譜增強(qiáng)裝置的增強(qiáng)方法，所述方法包括:將激光器發(fā)射的激光照射激發(fā)晶體，產(chǎn)生特定波長的激光，到達(dá)只允許特定頻率光通過的透反鏡，過濾掉所有激光產(chǎn)生過程中可能出現(xiàn)的雜散光；選取的透反鏡與激發(fā)晶體激發(fā)的波長相同，這樣，進(jìn)入倍頻晶體后，激光頻率發(fā)生成倍數(shù)的改變。改變頻率后的激光在諧振腔內(nèi)，進(jìn)行全反射增強(qiáng)激光效應(yīng)；由于在激光進(jìn)入諧振腔時(shí)設(shè)置了倍頻晶體，在諧振腔內(nèi)進(jìn)行全反射的激光不會(huì)再透過前面的透反鏡損失掉。激光器發(fā)射的激光和諧振腔內(nèi)進(jìn)行全反射增強(qiáng)的光的頻率不同，在腔內(nèi)進(jìn)行多次全反射增強(qiáng)的激光多次直接照射在待檢測(cè)的待測(cè)物料上，此時(shí)進(jìn)行拉曼信號(hào)收集，獲得增強(qiáng)后的物料拉曼檢測(cè)譜圖。
[0029]綜上所述，本實(shí)用新型提出的基于腔外諧振腔技術(shù)的拉曼光譜增強(qiáng)裝置、系統(tǒng)及方法，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)氣體、液體或氣液混合物質(zhì)組分時(shí)的拉曼光譜信號(hào)的增強(qiáng)，通過對(duì)激光器發(fā)射的特定波長激光的波長改變，以及使用Fabry-Perot諧振腔使激光進(jìn)行多次全反射，達(dá)到激光的增強(qiáng)和增大接觸面積的目的，克服了在線拉曼光譜在檢測(cè)較低組分物質(zhì)時(shí)，拉曼效應(yīng)弱造成的譜圖不全不準(zhǔn)確的影響，保證了拉曼光譜儀對(duì)在線復(fù)雜多組分物質(zhì)得到有效分析檢測(cè)。
[0030]這里本實(shí)用新型的描述和應(yīng)用是說明性的，并非想將本實(shí)用新型的范圍限制在上述實(shí)施例中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對(duì)于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說實(shí)施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本實(shí)用新型的精神或本質(zhì)特征的情況下，本實(shí)用新型可以以其它形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來實(shí)現(xiàn)。在不脫離本實(shí)用新型范圍和精神的情況下，可以對(duì)這里所披露的實(shí)施例進(jìn)行其它變形和改變。
【權(quán)利要求】
1.一種基于腔外諧振腔技術(shù)的拉曼光譜增強(qiáng)裝置，用于液體、氣體、及氣液混合物質(zhì)在進(jìn)行在線拉曼光譜檢測(cè)時(shí)拉曼信號(hào)的增強(qiáng)；其特征在于: 所述裝置包括激光器、激光傳輸光纖、激發(fā)晶體、透反鏡、倍頻晶體以及諧振腔； 所述激光器為拉曼檢測(cè)提供激光光源，激光器通過激光傳輸光纖連接激發(fā)晶體，激發(fā)晶體產(chǎn)生特定波長的激光； 所述透反鏡經(jīng)過鍍膜處理，只允許特定頻率光通過，全反射其他波長的光；倍頻晶體用于改變激光的頻率；所述諧振腔用于保證改變頻率后的激光能實(shí)現(xiàn)全反射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于腔外諧振腔技術(shù)的拉曼光譜增強(qiáng)裝置，其特征在于: 所述裝置包括兩個(gè)透反鏡，分別設(shè)置于倍頻晶體的兩側(cè)；透反鏡、倍頻晶體設(shè)置于諧振腔內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于腔外諧振腔技術(shù)的拉曼光譜增強(qiáng)裝置，其特征在于: 所述諧振腔包括兩面互相平行的反射鏡，兩個(gè)反射鏡之間放置工作物質(zhì)，構(gòu)成這種諧振腔的兩個(gè)全反鏡為透反鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于腔外諧振腔技術(shù)的拉曼光譜增強(qiáng)裝置，其特征在于: 所述透反鏡、倍頻晶體以及諧振腔內(nèi)的全反射鏡集成在一個(gè)鍍膜晶體上，該鍍膜晶體能透射過特定頻率的激光。
5.一種基于腔外諧振腔技術(shù)的拉曼光譜增強(qiáng)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括:權(quán)利要求I至4之一所述的拉曼光譜增強(qiáng)裝置、拉曼檢測(cè)器、第二光纖、拉曼光譜儀； 所述拉曼光譜增強(qiáng)裝置的諧振腔內(nèi)設(shè)置所述拉曼檢測(cè)器，拉曼信號(hào)通過第二光纖傳導(dǎo)至拉曼光譜儀進(jìn)行光譜分析。
【文檔編號(hào)】G01N21/65GK203658266SQ201320677152
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2013年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月29日
【發(fā)明者】蔣書波, 趙天琦, 朱倩, 王暉 申請(qǐng)人:蘇州拉曼檢測(cè)技術(shù)有限公司