CN109283140A - 一种光强度增强系统及光强度的增强方法 - Google Patents

一种光强度增强系统及光强度的增强方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了光强度增强系统及光强度的增强方法，包括采集光路以及激发光路，所述采集光路用于收集激发光路产生的拉曼光，所述激发光路中设有二次拉曼激发光路。本发明的拉曼光强度增强系统在激发拉曼光时，在样品表面散射成瑞利光及一次拉曼光，拉曼光通过采集光路采集，而瑞利光通过激发光路中的二次拉曼激发光路，再次被激发成二次拉曼光，被采集光路收集，从而增强了被采集光路收集到的拉曼光的总强度。另外，本发明所采用的的光学元件少，能够减小所需的激光功率器，满足了便携式设备的要求，同时本发明适用范围广，可以应用于各类拉曼探头中，降低了拉曼探头的生产成本。

Description

一种光强度增强系统及光强度的增强方法
技术领域
本发明涉及拉曼光激发技术，特别涉及一种光强度增强系统及光强度的增强方法。
背景技术
当一束激发光的光子与作为散射中心的分子发生相互作用时，大部分光子仅是改变了方向，发生散射，而光的频率仍与激发光源一致，这种散射称为瑞利散射。但也存在很微量的光子不仅该变了光的传播方向，而且也改变了光波的频率，这种散射称为拉曼散射。其散射光的强度约占总散射光强度的10-3～10-6。
拉曼散射光有很广泛的应用，特别是在物质检测中有十分重用的应用，而现有方法中能采集到的拉曼光强度比较微弱，导致物质检测精度较低。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种光强度增强系统及光强度的增强方法，该光强度增强系统能够激发二次拉曼光，从而增强了拉曼光总强度。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种光强度增强系统，至少包括：
激发光路，用于激发拉曼光；
采集光路，用于收集激发光路产生的拉曼光；
其中，所述激发光路中设有二次拉曼激发光路。
可选的，所述激发光路包括光发射系统及光散射系统，所述二次拉曼激发光路设于所述包括光发射系统及光散射系统之间。
可选的，所述光发射系统、二次拉曼激发光路、光散射系统的中心位于同一水平线上。
可选的，所述采集光路收集通过光散射系统散射出的拉曼光。
可选的，所述光发射系统至少包括发射光纤及第一准直透镜，所述发射光纤发射出的光通过所述第一准直透镜分为第一平行光，第一平行光通过所述光散射系统散射出拉曼光及瑞利光。
可选的，所述光散射系统至少包括第二准直透镜及被测样品，所述第一平行光通过第二准直透镜汇聚于所述被测样品上。
本发明还提供了一种光强度的增强方法，包括以下步骤：
向激发光路发射线偏振入射光；
所述线偏振入射光通过所述激发光路产生瑞利光及一次拉曼光；
所述一次拉曼光通过所述采集光路收集；
所述瑞利光通过二次拉曼激发光路产生二次拉曼光；
所述二次拉曼光通过所述采集光路收集。
可选的，在向所述激发光路发射线偏振入射光时，所述线偏振入射光通过光发射系统射向光散射系统，产生瑞利光及一次拉曼光。
可选的，所述线偏振入射光在射向光发射系统时，与光发射系统光耦合。
可选的，在光发射系统在向光散射系统射出光束时，以第一平行光的方式，射向光散射系统。
本发明的光强度增强系统在激发拉曼光时，在样品表面散射成瑞利光及一次拉曼光，拉曼光通过采集光路采集，而瑞利光通过激发光路中的二次拉曼激发光路，再次被激发成二次拉曼光，被采集光路收集，从而增强了被采集光路收集到的拉曼光的总强度。另外，本发明所采用的的光学元件少，能够减小所需的激光功率器，满足了便携式设备的要求，同时本发明适用范围广，可以应用于各类拉曼探头中，降低了拉曼探头的生产成本。
附图说明
图1本发明的整体光路示意图；
图2时本发明的二次拉曼激发光路示意图。
具体实施方式
下面结合附图，通过对实施例的描述，对本发明做进一步说明。
如图1、2所示，本发明公开了一种光强度增强系统，包括采集光路1以及激发光路2，采集光路1用于收集激发光路2产生的拉曼光，其中，激发光路2用于激发产生拉曼光，而采集光路1用于收集激发光路2中产生的拉曼光。
具体的，本发明的激发光路2包括发射光纤21、第一准直透镜22、带通滤光片23、偏振分光镜24、1/4波片25、二向色镜26、第二准直透镜27、样品28，发射光纤21、第一准直透镜22、带通滤光片23、偏振分光镜24、1/4波片25、二向色镜26、第二准直透镜27、样品28依次从左向右设置。其中，发射光纤21、第一准直透镜22、带通滤光片23、偏振分光镜24、1/4波片25、二向色镜26、第二准直透镜27、样品28的中心位于同一水平线上，而采集光路1收集通过二向色镜26反射的拉曼光。本发明在选择二向色镜26时，二向色镜包括短通二向色镜和长波通二向色镜，短通二向色镜对低于截止波长的光束具有高透性，对高于截止波长的光束具有高反性，长波通二向色镜，其对高于截止波长的光束具有高透性，对低于截止波长的光束具有高反性。在激发拉曼光时，实际产生的拉曼光绝大多数是斯托克斯拉曼光，其波长要高于入射光的波长，例如选择785nm的激光器，激发产生的瑞利光波长在770～788nm，拉曼光在800nm～1100nm范围内，那么就可以选择截止波长为805nm的短通二向色镜，其功能是透射400nm～788nm波长的光，反射823nm～1300nm波长的光。
本发明的采集光路1包括全反射镜11、陷波滤光片12、第三准直透镜13、收集光纤14，全反射镜11、陷波滤光片12、第三准直透镜13、收集光纤14从右向左依次设置，且全反射镜11的位置与二向色镜26的位置对应，其中，全反射镜11、陷波滤光片12、第三准直透镜13、收集光纤14的中心位于同一水平线上。
本发明在设置二向色镜26与全反射镜11时，使二向色镜26的反射面与全反射镜11的反射面平行设置，在本实施例中，二向色镜26与全反射镜11均与水平面倾斜30～60°设置。
本发明激发拉曼光的过程如下：
S1、向激发光路2发射线偏振入射光；
S2、线偏振入射光通过激发光路2产生瑞利光及一次拉曼光；
S3、一次拉曼光通过采集光路1收集；
S4、瑞利光通过二次拉曼激发光路产生二次拉曼光；
S5、二次拉曼光通过采集光路1收集。
其中，采集光路1在收集一次拉曼光与二次拉曼光时，通过采集光路1的全反射镜11反射拉曼光，全反射镜11将拉曼光反射到陷波滤光片12中，滤除被全反射镜11收集的瑞利光，再通过第三准直透镜13汇聚，最后通过收集光纤14收集并传输。陷波滤光片12通常也称之为带阻或带抑制滤光片，可以几乎无强度损耗地透过大多数波长，而将特定波长范围内(阻带)的光衰减到极低水平，瑞利光的波长和入射光的波长相等，例如采用中心波长为785nm的激光器，其入射光和瑞利光的波长都在770～788nm，此时选择中心波长为785nm的陷波滤光片便可将瑞利光衰减到极低水平，而其余波长的光则基本全部透射过去。由于瑞利光的波长分布在770～788nm的区间内，因而陷波滤光片12在抑制瑞利光时，无法将全部的瑞利光完全衰减，因此，本发明所指的极低水平是指，无限趋近于零值，例如，在本实施例中，选择的陷波滤光片12可衰减99.9％的瑞利光，而剩余0.1％的瑞利光则投射过陷波滤光片12。
激发光路在激发拉曼光时，线偏振入射光通过发射光纤21耦合，进入第一准直透镜22，第一准直透镜22将线偏振入射光准直为第一平行光，第一平行光经带通滤光片23以平行于入射面振动的方向，其全部透射穿过偏振分光镜24，透射过来的第一平行光经1/4波片25，相位偏移了45°，再透射穿过二向色镜26经第二准直透镜27汇聚投射到样品28激发产生瑞利光和一次拉曼光，一次拉曼光在经过第二准直透镜27后，通过二向色镜26反射进入采集光路1，而瑞利光由于波长及频率没有发生改变，因而其相位仍然处于偏移45°的状态，此时，瑞利光通过第二准直透镜27准直为第二平行光，第二平行光透射穿过二向色镜26，通过1/4波片25，第二平行光的相位再次偏移45°，将原平行于入射面振动的第二平行光变为垂直于入射面振动的光，此时，由于第二平行光的相位与入射面的角度为90°，因而到达偏振分光镜24的第二平行光被偏振分光镜24全部反射，形成全反射光，全反射光再依次经过1/4波片25、二向色镜26、第二准直透镜27再次汇聚到样品28，激发二次拉曼光，激发的二次拉曼光再次被采集光路1收集。在这一过程中，偏振分光镜24与1/4波片25的配合使用，使瑞利散射光产生90°的相位差，进而被全部反射，促使二次激发拉曼光，因而偏振分光镜24、1/4波片25、第二准直透镜27在激发拉曼光时，构成了二次拉曼激发光路。
本发明的拉曼光强度增强系统在激发拉曼光时，在样品表面散射成瑞利光及一次拉曼光，拉曼光通过采集光路采集，而瑞利光通过激发光路中的二次拉曼激发光路，再次被激发成二次拉曼光，被采集光路收集，从而增强了被采集光路收集到的拉曼光的总强度。另外，本发明所采用的的光学元件少，能够减小所需的激光功率器，满足了便携式设备的要求，同时本发明适用范围广，可以应用于各类拉曼探头中，降低了拉曼探头的生产成本。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光强度增强系统，其特征在于，包括：
激发光路，用于激发拉曼光；
采集光路，用于收集激发光路产生的拉曼光；
其中，所述激发光路中设有二次拉曼激发光路。
2.根据要求1所述的光强度增强系统，其特征在于：所述激发光路包括光发射系统及光散射系统，所述二次拉曼激发光路设于所述包括光发射系统及光散射系统之间。
3.根据权利要求2所述的光强度增强系统，其特征在于：所述光发射系统、二次拉曼激发光路、光散射系统的中心位于同一水平线上。
4.根据权利要求2或3所述的光强度增强系统，其特征在于：所述采集光路收集通过光散射系统散射出的拉曼光。
5.根据权利要求4所述的光强度增强系统，其特征在于：所述光发射系统至少包括发射光纤及第一准直透镜，所述发射光纤发射出的光通过所述第一准直透镜分为第一平行光，第一平行光通过所述光散射系统散射出拉曼光及瑞利光。
6.根据权利要求5所述的光强度增强系统，其特征在于：所述光散射系统至少包括第二准直透镜及被测样品，所述第一平行光通过第二准直透镜汇聚于所述被测样品上。
7.一种光强度的增强方法，其特征在于，包括以下步骤：
向激发光路发射线偏振入射光；
所述线偏振入射光通过所述激发光路产生瑞利光及一次拉曼光；
所述一次拉曼光通过所述采集光路收集；
所述瑞利光通过二次拉曼激发光路产生二次拉曼光；
所述二次拉曼光通过所述采集光路收集。
8.根据权利要求7所述的光强度的增强方法，其特征在于：在向所述激发光路发射所述线偏振入射光时，所述线偏振入射光通过光发射系统射向光散射系统，产生所述瑞利光及一次拉曼光。
9.根据权利要求8所述的光强度的增强方法，其特征在于：所述线偏振入射光在射向所述光发射系统时，与所述光发射系统光耦合。
10.根据权利要求9所述的光强度增强方法，其特征在于：在所述光发射系统在向所述光散射系统射出光束时，以第一平行光的方式，射向所述光散射系统。
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