CN111693460A - 一种基于偏振光束饱和吸收光谱的检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及偏振光束饱和吸收光谱检测装置，包括宽光谱光源、空间滤波器、旋转光栅、滤光片、分光片、光谱仪。宽光谱光源产生的光束通过空间滤波器后经透镜把光束变为平行光，平行光束经光栅形成光谱经过微纳结构使得特定频率的光进入光纤，进入光纤的光速经过偏振之后形成的偏振光由分光片分为泵浦光和探测光，将其中的探测光再分为两束相同的光，一束经过被泵浦光饱和的样品区域，另一束通过非饱和区。如果这两束光在经过样品之后的差别为零则说明样品饱和吸收，这时通过测量泵浦光来检测样品的组成及结构。本设计具有成本低、结构简单、便于构建、可靠性高、灵活性强、应用范围广、信噪比高、光束质量高、检测精准等优点。
Description
技术领域
本发明设计到一种饱和吸收光谱检测技术，特别是涉及一种基于偏振光束饱和吸收光谱的检测装置。
背景技术
饱和吸收光谱，吸收光谱是指处于基态和低激发态的原子或分子吸收具有连续分布的某些波长的光而跃迁到各激发态，形成了按波长排列的暗线或暗带组成的光谱。光的吸收程度与光的波长、物质的浓度和光与物质作用的距离有关。基于Lambert-Beer定律根据吸光度的变化建立浓度数据库，可以实现溶液物质的定量测量。因此吸收光谱法是定性及定量地研究物质成分及浓度的有效手段。
在先基于饱和吸收光谱的技术中，虽然具有一定的优点，但与本发明相比，仍存在着本质的不足，与先技术相比，本发明具有的优点为：1、在先技术中所采用的光源均为可调谐光源，价格昂贵，本发明采用的宽光谱与分光系统相结合的方案具有成本低、结构简单、灵敏度高等优点。2、在先技术中，光束经过整形后由空间光的方式进入光谱分析系统。本发明采用光纤耦合透镜的方案，可以保证光纤中光束所具有的高斯模式及减少由于空间传播过程中的噪声导致的光谱信号差。3、本发明在光束经整形为平行光束后，设计了一种具有微纳形式的滤光结构，该结构不尽结构简单、成本低、更有再次提高光束质量的优点。
发明内容
本发明需要解决的问题在于克服先技术中的不足，提供一种基于偏振光束饱和吸收光谱的检测装置。具有灵敏度高、结构简单、成本低、使用简单、易于生产等优点。
本发明的基本思想是：基于饱和吸收光谱原理，采用宽光谱光源结合旋转光栅的技术方案，并设计一种具有滤光作用的微纳结构。在提高信噪比的同时，还能极大的减少先技术中采用可调谐激光器而引起的成本难以控制的弊端。
本发明的技术解决方案为：宽光谱光源产生的光束通过空间滤波器后经透镜把光束变为平行光，平行光束经光栅形成光谱经过微纳结构使得特定频率的光进入光纤，进入光纤的光速经过偏振之后形成的偏振光由分光片分为泵浦光和探测光，将其中的探测光再分为两束相同的光，一束经过被泵浦光饱和的样品区域，另一束通过非饱和区。如果这两束光在经过样品之后的差别为零则说明样品饱和吸收，这时通过测量泵浦光来检测样品的组成及结构。
所述的宽光谱光源(1)为汞灯、卤素光源中的一种。
所述的空间滤波器(2)和透镜(3)为扩束准直结构，其中包含对光束进行扩束及准直，得到平行光，达到提高光束质量的目的。
所述的旋转光栅(4)为透射式光栅中的一种。
所述的滤光片(7)为窄带滤光片中的一种。
所述的法拉第隔离器(8)为防止由反射镜反射过来的光进入激光器。
所述的分光片(9)(10)为偏振分光片、分光棱镜中的一种。
所述的反射镜(12)(15)为镀有高反膜的凹面反射镜、平面反射镜中的一种。
所述的探测器(11)(14)(16)为光电二极管、光电倍增管、雪崩二极管中的一种。
本发明装置的工作过程为：宽光谱光源(1)产生的光束通过空间滤波器(2)后经透镜(3)把光束变为平行光，平行光束经旋转光栅(4)形成光谱经过微纳结构(5)使得特定频率的光进入光纤，进入光纤的光速经过偏振之后形成的偏振光由分光片(9)分为泵浦光(18)和探测光(17)，将其中的探测光经分光片(10)再分为两束相同的光，一束经过被泵浦光饱和的样品区域，另一束通过非饱和区。如果这两束光在经过样品之后的差别为零则说明样品饱和吸收，这时通过测量泵浦光来检测样品的组成及结构。
与先技术相比，本发明的优点:在先技术中所采用的光源均为可调谐光源，价格昂贵，本发明采用的宽光谱与分光系统相结合的方案具有成本低、结构简单、灵敏度高等优点。在先技术中，光束经过整形后由空间光的方式进入光谱分析系统。本发明采用光纤耦合透镜的方案，可以保证光纤中光束所具有的高斯模式及减少由于空间传播过程中的噪声导致的光谱信号差。本发明在光束经整形为平行光束后，设计了一种具有微纳形式的滤光结构，该结构不仅结构简单、成本低、更有再次提高光束质量的优点。
附图说明
图1为本发明偏振光束饱和吸收光谱检测装置的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示偏振光束饱和吸收光谱检测装置结构示意图，由宽光谱光源1作为检测光源，光源产生的光经过狭缝2的后由透镜3变为平行光，平行光由光栅4变为光谱，由微纳结构5过滤为特定频率的光后进入光纤.进入光纤的光由半波片7变为偏振光，经分光片9分为泵浦光18和探测光17。探测光经50:50分光片10分为相同的两束光，一束光通过被泵浦光饱和的样品区域，另一束通过非饱和区域。用探测器14和16测量这两束探测光通过样品之后的差别，如果它们的差别在没有泵浦光束时为零，那么此时样品就处于饱和吸收的状态。这时通过探测器11得到的就是样品饱和吸收的光谱。这时就可以根据得到的光谱来对样品进行分析。
本实例实验了一种具有偏振光束饱和吸收光谱检测装置，在先技术基础上，不仅降低了成本，也提高了装置灵敏度，具有结构简单、方便快捷等优点。
以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于偏振光束饱和吸收光谱检测装置。包括：宽光谱光源(1)、空间滤波器(2)、准直透镜(3)、旋转光栅(4)、微纳结构(5)滤光片(7)、法拉第隔离器(8)、分光片(9)(10)、反射镜(12)(15)、探测器(11)(14)(16)、待测样品(13)。宽光谱光源(1)产生的光束通过空间滤波器(2)后经准直透镜(3)把光束变为平行光，平行光束经光栅(4)形成光谱经过微纳结构(5)使得特定频率的光进入光纤，进入光纤的光速经过偏振之后形成的偏振光由分光片(9)分为泵浦光(18)和探测光(17)，将其中的探测光再分为两束相同的光，一束经过被泵浦光饱和的样品区域，另一束通过非饱和区。如果这两束光在经过样品(13)之后的差别为零则说明样品饱和吸收，这时通过测量泵浦光来检测样品的组成及结构。
2.根据权利要求1所述的一种基于偏振光束饱和吸收光谱检测装置，其特征在于：所述的宽光谱光源(1)为汞灯、卤素光源中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种基于偏振光束饱和吸收光谱检测装置，其特征在于：所述的空间滤波器(2)和透镜(3)为扩束准直结构，其中包含对光束进行扩束及准直，得到平行光，达到提高光束质量的目的。
4.根据权利要求1所述的一种基于偏振光束饱和吸收光谱检测装置，其特征在于：所述的旋转光栅(4)为透射式光栅中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种基于偏振光束饱和吸收光谱检测装置，其特征在于：所述的滤光片(7)为窄带滤光片中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种基于偏振光束饱和吸收光谱检测装置，其特征在于：所述的法拉第隔离器(7)为防止由反射镜(15)反射过来的光进入激光器。
7.根据权利要求1所述的一种基于偏振光束饱和吸收光谱检测装置，其特征在于：所述的分光片(9)(10)为偏振分光片、分光棱镜中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种基于偏振光束饱和吸收光谱检测装置，其特征在于：所述的反射镜(12)(15)为镀有高反膜的凹面反射镜、平面反射镜中的一种。
9.根据权利要求1所述的一种基于偏振光束饱和吸收光谱检测装置，其特征在于：所述的探测器(11)(14)(16)为光电二极管、光电倍增管、雪崩二极管中的一种。
10.根据权利要求1所述的一种基于偏振光束饱和吸收光谱检测装置，其特征在于：所述的微纳结构(6)为微纳结构(5)的微观放大结构图。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112611726A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-04-06 | 陈政 | 一种分子特征吸收光谱测量装置及方法 |
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2019
- 2019-03-14 CN CN201910191432.8A patent/CN111693460A/zh active Pending
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