CN102545017B - 一种用于芘荧光光谱检测的拉曼激光源的实现方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于芘荧光光谱检测的拉曼激光源的实现方法和装置。Nd:YAG脉冲激光器产生的1064nm基频光经二倍频、四倍频晶体后得到包含1064nm、532nm和266nm波长的混合激光。此混合激光经滤光片滤除1064nm和532nm波长的激光，得到纯净的线偏振态266nm四倍频激光。线偏振态的266nm四倍频激光经透镜聚焦后抽运充有高压H2的拉曼池，使之发生振动受激拉曼散射，此混合波长的散射光径三棱镜分光和光阑选择，得到纯净的H2第一级反斯托克斯光239.6nm波长激光，即为芘荧光光谱检测的激光源。该波长激光光强大，中心波长稳定，线宽窄，完全满足芘的荧光光谱检测之用，且实现的系统装置性能稳定可靠，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于芘荧光光谱检测的拉曼激光源的实现方法，本发明还涉及用于芘荧光光谱检测的拉曼激光源的实现装置。
背景技术
多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocardons，PAHs)是分子中含有两个以上苯环的碳氢化合物，包括萘、蒽、菲、芘等150余种化合物，其污染源有自然源和人为源两种。自然源主要是火山爆发、森林火灾和生物合成等自然因素所形成的污染。人为源包括各种矿物燃料(如煤、石油、天然气等)、木材、纸以及其他含碳氢化合物的不完全燃烧或在还原状态下热解而形成的有毒物质污染。大气、水和土壤等环境中的多环芳烃可以使粮食、水果和蔬菜受到污染，多环芳烃对动物的致癌作用也早已被试验所证实，因此对多环芳烃的检测尤为重要。芘作为多环芳烃的一种，也在被测范围内，它在水环境中存在的浓度很低。由于芘具有较高的荧光量子效率，根据这一特性，可利用荧光方法对其进行检测。
中科院安徽光机所应用F-7000型荧光分光光度计测量得到，芘有多个荧光发光区域(图1)，其中有两个较强的荧光发光区域，位于λex/λem＝240/372nm和λex/λem＝240/392nm，荧光强度的主峰出现在λex/λem＝240/372nm，即激发光源的波长最好选择在主峰位置240nm，或者在其附近。
获取该波长光源的最简单方法是应用分光光度计，即采用连续谱光源，再用分光元件如棱镜或光栅进行分光，从而获得所需的波长光源。该方法虽简便，但缺点在于输出光的光强非常弱，对后续的探测单元要求很高。另外，该方法一般需要采样，放置于光谱仪或分光光度计中检测，不便于在线检测，限制了其使用范围。
紫外可调谐激光器可获得较强的输出激光，但价格高，不宜普及，且若采用染料可调谐激光器，其具有致癌作用的染料对实验人员的身体易造成伤害。
因此寻求波长为240nm或附近、价格低廉、系统稳定的激光源尤为必要。
发明内容
本发明的第一目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种系统稳定、成本低、光强大、便于在线芘荧光光谱检测的拉曼激光源的实现方法。
为实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种用于芘荧光光谱检测的拉曼激光源的实现方法，包括以下步骤：
1)打开Nd:YAG脉冲激光器，输出波长为1064nm的基频光激光；
2)基频光激光经二倍频晶体、四倍频晶体和滤光片，得到纯净的266nm四倍频激光；
3)将纯净的266nm四倍频激光入射到拉曼池，产生不同级次的振动拉曼散射光；调整拉曼池出射一侧的棱镜，使不同级次的振动拉曼散射光在空间分开；所述拉曼池两端的窗口装有凸透镜、拉曼池内充有高压H2；
4)利用棱镜出射一侧的光阑，选择第一级反斯托克斯光，即239.6nm波长的激光；即为用于芘荧光光谱检测的拉曼激光源。
优选地，所述步骤2)中的滤光片为两块，且平行放置，所述滤光片对45°入射的波长为1064nm和532nm的激光高透，对45°入射的266nm四倍频激光高反。
优选地，所述凸透镜由透紫外的石英制成，且两个所述凸透镜共焦。
优选地，所述凸透镜的焦距为30cm；所述拉曼池内的高压H2的气压为6-8atm。短焦距和低气压有利于第一级反斯托克斯光的转化。
本发明的第二目的在于提供用于芘荧光光谱检测的拉曼激光源的实现装置。
为实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种实现芘荧光光谱检测的拉曼激光源的装置，包括依次设置的Nd:YAG脉冲激光器、二倍频晶体、四倍频晶体、滤光片、拉曼池、棱镜、光阑，所述拉曼池两端的窗口装有凸透镜、拉曼池内充有高压H2。
优选地，所述滤光片为两块，且平行放置，所述滤光片对45°入射的波长为1064nm和532nm的激光高透，对45°入射的266nm四倍频激光高反。
优选地，所述凸透镜由透紫外的石英制成，且两个所述凸透镜共焦。
优选地，所述拉曼池设置有气压表，显示内部气压值。
优选地，所述拉曼池设置有阀门，可以通过阀门慢慢改变其内的气压。
本发明的原理为：Nd:YAG脉冲激光器产生的1064nm基频光经二倍频、四倍频晶体后得到包含1064nm、532nm和266nm波长的混合激光。此混合激光经滤光片滤除1064nm和532nm波长的激光，得到纯净的线偏振态266nm四倍频激光。线偏振态的266nm四倍频激光经透镜聚焦后抽运充有高压H2的拉曼池，使之发生振动受激拉曼散射，其受激拉曼散射公式为：
vm＝vP+mvV
式中，vP、vV和vm分别表示抽运激光的波数1/266nm＝37594cm-1、H2的振动拉曼频移波数4142cm-1和散射光的波数(cm-1)，m为振动拉曼频移级次，且m＝0，±1，±2，......，负数对应斯托克斯光，正数对应反斯托克斯光，0对应剩余抽运光。抽运高压H2，产生多级次的斯托克斯光和反斯托克斯光，其中第一级反斯托克斯光，即m＝1，计算可得其波长为239.6nm。
不同级次的振动拉曼散射光和剩余266nm四倍频激光经棱镜组分光，将混合波长的光在空间上分开，再利用光阑选择所需的239.6nm激光透过，从而获得较为纯净的239.6nm波长激光。该波长正好处于芘的激发峰位置，因此选择将其作为芘荧光光谱检测的激光源。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的拉曼激光源实现方法提供的拉曼激光波长正好处于芘的激发峰，提高了检测精度；且系统稳定可靠，输出激光中心波长稳定，线宽窄；成本低。
附图说明
图1为芘激发-发射光谱图；
图2为实现芘荧光光谱检测的拉曼激光源的装置的示意图；
附图标记：1、Nd:YAG脉冲激光器；2、二倍频晶体；3、四倍频晶体；4、滤光片；5、拉曼池；6、棱镜；7、光阑；8、显微物镜；9、光纤；10、凸透镜；11、气压表；12、阀门。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例来详细说明本发明。
实施例1用于芘荧光光谱检测的振动拉曼激光源的实现装置
请参阅图2，为本发明用于芘荧光光谱检测的振动拉曼激光源的实现装置的示意图，包括依次设置的Nd:YAG脉冲激光器1、二倍频晶体2、四倍频晶体3、滤光片4、拉曼池5、棱镜6、光阑7、显微物镜8和光纤9，所述拉曼池4两端的窗口装有凸透镜10、里面充有高压H2。
在该实施例中，滤光片4为两块，且平行放置，所述滤光片4对45°入射的波长为1064nm和532nm的激光高透，对45°入射的266nm四倍频激光高反。
拉曼池5两端的窗口装有的凸透镜10由透紫外的石英制成，且两个凸透镜10共焦，焦距为30cm。拉曼池5设置有气压表11，显示内部气压值，在该实施例中，内部H2的气压为6-8atm。拉曼池5还设置有阀门12，可以通过阀门12慢慢改变其内的气压。
实施例2用于芘荧光光谱检测的振动拉曼激光源的实现装置
利用实施例1的用于芘荧光光谱检测的振动拉曼激光源的实现装置用于芘荧光光谱检测，包括以下步骤：
1)打开Nd:YAG脉冲激光器1，输出波长为1064nm的基频光激光；
2)基频光激光经二倍频晶体2、四倍频晶体3和滤光片4，滤除1064nm和532nm波长的激光，得到纯净的266nm四倍频激光；
3)将纯净的266nm四倍频激光入射到拉曼池5，产生不同级次的振动拉曼散射光；调整拉曼池5出射端的棱镜6，使不同级次的振动拉曼散射光在空间分开；所述拉曼池5两端的窗口装有凸透镜10、里面充有高压H2；拉曼池两端凸透镜焦距为30cm，内部H2的气压为6-8atm。
4)利用棱镜出射一侧的光阑7，选择第一级反斯托克斯光，即239.6nm波长的激光；
5)239.6nm波长的激光经显微物镜8耦合进光纤9，供芘荧光光谱检测之用。
本发明可以通过改变拉曼池两端凸透镜焦距和内部H2的气压来改变波长为239.6nm的激光的转化效率或输出光强。
以上仅仅是对发明构思实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于所陈述的实现方法，本发明的保护范围也涉及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (5)
1.一种用于芘荧光光谱检测的拉曼激光源的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)打开Nd:YAG脉冲激光器，输出波长为1064nm的基频光激光；
2)基频光激光经二倍频晶体、四倍频晶体和滤光片，得到纯净的266nm四倍频激光；
3)将纯净的266nm四倍频激光入射到拉曼池，产生不同级次的振动拉曼散射光；调整拉曼池出射一侧的棱镜，使不同级次的振动拉曼散射光在空间分开；所述拉曼池两端的窗口各装有一个凸透镜，拉曼池内充有高压H2；
4)利用棱镜出射一侧的光阑，选择第一级反斯托克斯光，即239.6nm波长的激光；即为用于芘荧光检测的拉曼激光源。
2.根据权利要求1所述的用于芘荧光光谱检测的拉曼激光源的实现方法，其特征在于，步骤2)中所述滤光片为两块，且平行放置，所述滤光片对45°入射的波长为1064nm和532nm的激光高透，对45°入射的266nm四倍频激光高反。
3.根据权利要求1所述的用于芘荧光光谱检测的拉曼激光源的实现方法，其特征在于，所述拉曼池两端的凸透镜由透紫外的石英制成，且这两个所述凸透镜共焦。
4.根据权利要求3所述的用于芘荧光光谱检测的拉曼激光源的实现方法，其特征在于，凸透镜的焦距为30cm。
5.根据权利要求1所述的用于芘荧光光谱检测的拉曼激光源的实现方法，其特征在于，所述拉曼池内的高压H2的气压为6-8atm。
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| Nomura et al. | Ultrafast Thulium-Doped Fiber Laser System at 1.8 µm for Multiphoton Microscopy |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150715 Termination date: 20191214 |