CN100437092C - 平行光激发与垂直光纤探测固体荧光的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平行光激发与垂直光纤探测固体荧光的方法，属于固体荧光光谱测量技术领域。该方法采用包括缩束准直器，双透镜4f成像系统，滤波器和光纤探测器进行探测固体荧光，其过程包括：将激发光束经缩束准直后形成光斑直径小于1mm的平行光束，沿样品测量面边缘一侧平行入射激发样品发射荧光，样品发出的荧光在与激发光垂直方向上被双透镜成像系统汇聚和成像在该系统的后焦平面上，在荧光像处的最大荧光位置放置芯径小于200微米的光纤探测器探测荧光。本发明优点在于，该方法不需对测试样品进行严格尺寸加工，探测过程简便；保证了样品中不同深度功率密度相同，荧光采样与样品的实际尺寸无关，测量结果真实。

Description

平行光激发与垂直光纤探测固体荧光的方法

技术领域

本发明涉及一种平行光激发与垂直光纤探测固体荧光的方法，属于固体荧光光谱测量技术领域。

背景技术

固体激光增益介质是激光研究领域中最重要的基础内容之一，对固体激光材料的质量和性能的探测是必不可少的技术，其中光谱探测是最普遍应用的技术之一。描述固体激光材料光谱特性的主要特性参量为：受激发射截面、荧光寿命、辐射寿命。这三个参量的估算都有赖于荧光光谱的测量。

现有固体荧光探测技术一般采用前向透射式探测法[1]，或者背向散射式探测法[2]。两者存在的不足之处是：为了防治荧光自捕获效应(Fluorescence trapping)引入的误差，两种方法都对样品(测量对象)均有特殊的要求，前者要求样品必须为薄片形状而且所有的样品必须厚度相同(一般厚度为200微米)，后者要求样品必须研磨成粉末状(微米尺度)，因此给探测过程带来制备样品的困难；另外，上述两种探测法的激发光是采用会聚形式入射样品中的，这就导致了样品中不同深度具有不同尺寸的激发光斑，即实际不同的功率密度；还有，前向透射式探测中激发光与荧光几乎是相同方向，因此必须加入滤波片。对于背向散射式探测技术，由于样品是粉末状(随机介质)，这就不可避免的存在“相干背向散射”(Coherent backscattering)[3]或称“弱局域化”(Weak localization)[4]，从而使测量结果出现失真。上述两种探测方法使用的装置包括光电二极管、光电倍增管、光谱仪、锁相放大器、光子计数器。

参考文献

[1]D.S.Sumida，T.Y.Fan，Opt.Lett.，19(1994)，1343.

[2]B.Schaudel，P.Goldner et al.，J.ofAlloys and Compounds，300-301(2000)，443.

[3]P.C.de Oliveira，A.E.Perkins et al.，Opt.Lett.，21(1996)，1685.

[4]W.Deng，D.S.Wiersma et al.，Phys.Rev.B，56(1997)，178.

发明内容

本发明旨在提出一种平行光激发与垂直光纤探测固体荧光的方法，该方法不需对测试样品进行严格尺寸加工，探测过程简便；保证了样品中不同深度功率密度相同，荧光采样与样品的实际尺寸无关，测量结果真实。

本发明是通过以下技术方案加以实现的：一种平行光激发与垂直光纤探测固体荧光的方法，采用包括缩束准直器，双透镜4f成像系统，滤波器(可选)和光纤探测器进行探测固体荧光，其特征在于包括以下过程：将激发光束经缩束准直器形成光斑直径小于1mm的平行光束，沿样品测量面边缘一侧平行入射激发样品发射荧光，样品发出的荧光在与激发光垂直方向上被双透镜成像系统汇聚和成像在该系统的后焦平面上，在荧光像处的最大荧光位置放置芯径小于200微米的光纤探测器探测荧光。

本发明克服了现有探测方法的不足之处，其优点在于：(1)采用平行光入射避免了纵向光斑尺寸变化引起的功率密度的变化；(2)采用垂直方向探测避免了激发光的影响；(3)采用微小尺寸的光纤探头在荧光成像面取样，相当于仅对具有探头尺度的样品区域发出的荧光采样，与样品的实际尺寸无关，从而避免了对样品的特殊加工过程；(4)由于光纤探头尺寸仅为50-200微米，即相当于样品厚度和宽度仅为该量级(极小薄片)，这将大大减小荧光自捕获的影响；(5)探测位置选取方便。对于单一样品可在荧光像内任何位置处采样，对于多样品对比实验时则保持都在成像荧光最强处采样即可。

附图说明

图1为本发明方法采用的装置结构示意图。

图中：1为缩束准直后的平行激发光束；2为待测样品；3为4f双透镜成像系统；4为滤波器；5为光纤探测器。

具体实施方式

本发明的荧光测量方法采用的装置结构如附图1所示，主要由激发光束缩束准直器、样品架、荧光成像系统和光纤探测器构成。探测样品荧光具体实施例如下：

通过缩束准直器将激发光缩束和准直成为光斑尺寸小于1毫米的平行光；缩束准直器由望远镜系统构成，一般对于LD泵浦的光斑直径为5-10mm，因此采用缩束比应大于1∶(5-10)。激发光束沿靠近样品一侧边缘(测量面)平行入射；样品不必特别加工，厚度只要大于探测光纤芯径即可，样品一侧面(测量面)可以适当抛光，以减少散射损耗。在与激发光的垂直方向，设置荧光成像系统；该系统由两个大口径(口径50-100mm)的透镜构成，透镜焦距为30-50mm，并构成4f系统。样品发出荧光的侧面处于该系统的前焦面上，荧光被成像于该系统的后焦面上；采用芯径小于200微米的光纤探测器并且放置于成像荧光的最强处进行探测。根据不同的探测目的，将光纤探测器直接耦合到光谱仪或者光电二极管；对于较弱信号，根据需要后接锁相放大器(Lock-in)、光子计数器(Photoncounter)、取样积分器(Boxcar)等微弱信号检测仪器；最后进入计算机处理数据。

Claims (1)

1.一种平行光激发与垂直光纤探测固体荧光的方法，采用包括缩束准直器，双透镜4f成像系统和光纤探测器进行探测固体荧光，其特征在于包括以下过程：将激发光束经缩束准直后形成光斑直径小于1mm的平行光束，沿样品测量面边缘一侧平行入射激发样品发射荧光，样品发出的荧光在与激发光垂直方向上被双透镜4f成像系统汇聚和成像在该系统的后焦平面上，采用芯径小于200微米的光纤探测器并且放置于成像荧光的最强处进行探测。