CN109283140B - 一种光强度增强系统及光强度的增强方法 - Google Patents

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 (9)

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，所述激发光路包括发射光纤、第一准直透镜、带通滤光片、偏振分光镜、1/4 波片、二向色镜、第二准直透镜、样品，所述发射光纤、所述第一准直透镜、所述带通滤光片、所述偏振分光镜、所述 1/4 波片、所述二向色镜、所述第二准直透镜、所述样品依次从左向右设置；其中，所述发射光纤、所述第一准直透镜、所述带通滤光片、所述偏振分光镜、所述 1/4 波片、所述二向色镜、所述第二准直透镜、所述样品的中心位于同一水平线上；

采集光路，用于收集激发光路产生的拉曼光，所述采集光路包括全反射镜、陷波滤光片、第三准直透镜、收集光纤，所述全反射镜、所述陷波滤光片、所述第三准直透镜、所述收集光纤从右向左依次设置，且所述全反射镜的位置与所述二向色镜的位置对应，其中，所述全反射镜、所述陷波滤光片、所述第三准直透镜、所述收集光纤的中心位于同一水平线上；

其中，所述激发光路中设有二次拉曼激发光路，通过所述偏振分光镜与所述 1/4 波片的配合使用，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，因而所述偏振分光镜、所述 1/4 波片、所述第二准直透镜在激发拉曼光时，构成了所述二次拉曼激发光路。

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；

线偏振入射光通过发射光纤耦合，进入第一准直透镜，所述第一准直透镜将所述线偏振入射光准直为第一平行光，所述第一平行光经带通滤光片以平行于入射面振动的方向，其全部透射穿过偏振分光镜，透射过来的所述第一平行光经 1/4 波片，相位偏移了 45°，再透射穿过二向色镜经第二准直透镜汇聚投射到样品激发产生瑞利光和一次拉曼光；

所述一次拉曼光在经过第二准直透镜后，通过二向色镜反射进入采集光路；

所述瑞利光通过所述第二准直透镜准直为第二平行光，所述第二平行光透射穿过所述二向色镜，通过所述 1/4 波片，所述第二平行光的相位再次偏移 45°，将原平行于入射面振动的所述第二平行光变为垂直于入射面振动的光，所述第二平行光的相位与入射面的角度为 90°， 到达所述偏振分光镜的所述第二平行光被所述偏振分光镜全部反射，形成全反射光，所述全反射光再依次经过所述 1/4 波片、所述二向色镜、所述第二准直透镜再次汇聚到所述样品， 激发二次拉曼光，激发的所述二次拉曼光再次被采集光路收集；所述偏振分光镜与所述 1/4 波片的配合使用，使所述瑞利散射光产生 90°的相位差，进而被全部反射，促使二次激发拉曼光，所述偏振分光镜、所述 1/4 波片、所述第二准直透镜在激发拉曼光时，构成二次拉曼激发光路；

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所述的光强度增强方法，其特征在于：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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