專利名稱：物質(zhì)光學(xué)特性的檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物質(zhì)光學(xué)特性測量，特別是一種物質(zhì)光學(xué)特性的檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
熒光是物質(zhì)分子接受光子能量被激發(fā)后，從激發(fā)態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)返回基態(tài)時(shí)發(fā) 射出的光。熒光分析法具有靈敏度高、選擇性好的優(yōu)點(diǎn)。熒光光譜具有如下特征熒光波長 總是大于激發(fā)光波長、熒光光譜的形狀與激發(fā)波長無關(guān)、熒光光譜與激發(fā)光譜存在“鏡像對(duì) 稱”關(guān)系。能夠發(fā)射熒光的物質(zhì)應(yīng)同時(shí)具備的兩個(gè)條件物質(zhì)分子必須有強(qiáng)的紫外 可見 吸收；物質(zhì)分子必須有一定的熒光效率。熒光分析法目前還主要用于無機(jī)物和有機(jī)物的定量分析，在定性分析、結(jié)構(gòu)分析 及作為某些研究領(lǐng)域的手段也日漸增多，具有較為廣闊的應(yīng)用前景。熒光法常被用于定性 和定量分析，但其定量應(yīng)用更為廣泛?？刹捎玫亩糠治龇椒ㄓ袠?biāo)準(zhǔn)曲線法、比例法、聯(lián)立 方程式法。熒光測量通常需要高靈敏度的光譜儀，對(duì)于大多數(shù)熒光應(yīng)用來說，產(chǎn)生的熒光能 量只占激發(fā)光能量的3%左右。所以，對(duì)于有些基質(zhì)中特定離子很難激發(fā)出高強(qiáng)度的熒光， 從而影響了定量熒光測量分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種物質(zhì)光學(xué)特性的檢測系 統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，易于推廣使用。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下—種物質(zhì)光學(xué)特性的檢測系統(tǒng)，特點(diǎn)在于其構(gòu)成包括半導(dǎo)體泵浦源，沿該半導(dǎo)體 泵浦源的激光輸出方向依次是整形及耦合裝置、二向色鏡和光纖，所述的二向色鏡與光路 呈45°放置，所述的光纖靠近所述的二向色鏡一端為平面稱為近端平面，另一端為斜面稱 為遠(yuǎn)端斜面，待測物質(zhì)液體小球置于所述的光纖的遠(yuǎn)端斜面上，在所述二向色鏡的反射方 向依次是準(zhǔn)直透鏡和光譜分析儀；所述的半導(dǎo)體泵浦源發(fā)射的泵浦光的中心波長與待測物 質(zhì)吸收波長重疊；所述的半導(dǎo)體泵浦源發(fā)射的泵浦光通過整形及耦合裝置后聚焦到所述的 光纖的近端平面，所述的待測物質(zhì)液體小球在所述的半導(dǎo)體泵浦源發(fā)射的泵浦光的激發(fā)下 產(chǎn)生熒光并放大，該熒光由所述的光纖的遠(yuǎn)端斜面輸入、光纖近端平面輸出，經(jīng)所述的二向 色鏡反射經(jīng)準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直輸入所述的光譜分析儀。所述的待測物質(zhì)液體小球制備方法如下將待測物質(zhì)表面清洗干凈，滴少量折射 率η > 1. 5有機(jī)溶劑液滴在待測物質(zhì)的表面，超短脈沖激光器輸出的脈寬為皮秒量級(jí)的超 短脈沖激光經(jīng)聚焦系統(tǒng)聚焦在待測物質(zhì)的表面，將待測物質(zhì)打成少量納米顆粒并分散在有 機(jī)溶劑里形成待測物質(zhì)液體小球。所述的二向色鏡是具有對(duì)半導(dǎo)體泵浦源輸出的泵浦光有極高透過率，而對(duì)從光纖 端面輸出的熒光具有極高反射率的鏡片。
所述的放置液體小球的光纖的端面為斜面。半導(dǎo)體激光泵浦源耦合輸入的光纖 端為平面，這樣易于得到高效率的耦合輸入及輸出，而放置液體小球的光纖端面為斜面， 通過光纖斜面與液體小球的近場耦合可以在液體小球(107)內(nèi)直接激發(fā)出回音壁模式 (whispering gallerymode,簡禾爾 WG 模式)。通過表明張力形成的液體小球或半球作為光學(xué)介電微球諧振腔，該微球腔由于其 極高的品質(zhì)因數(shù)和極小的模式體積使其可以應(yīng)用于要求極細(xì)線寬、極高能量密度和高亮或 極細(xì)微探測能力的場合。微球腔的特性來源于其獨(dú)特的回音壁模式(whispering gallery mode,簡稱WG模式)光波在微球內(nèi)表面上不斷進(jìn)行全反射，從而被約束在求內(nèi)并沿球的大 圓繞行。當(dāng)光波繞行一周后滿足相位匹配條件熒光即可實(shí)現(xiàn)光波疊加得到增強(qiáng)。
本發(fā)明的技術(shù)效果1、本發(fā)明利用具有高折射率有機(jī)溶劑液體通過表面張力形成的液體小球，作為光 學(xué)介電微球諧振腔，該微球腔由于其極高的品質(zhì)因數(shù)和極小的模式體積使其可以應(yīng)用于要 求極細(xì)線寬、極高能量密度和高亮度或極細(xì)微探測能力的場合。光波在微球內(nèi)表面上不斷 進(jìn)行全反射，從而被約束在球內(nèi)并沿球的大圓繞行，當(dāng)光波繞行一周后滿足相位匹配條件 的熒光即可實(shí)現(xiàn)光波疊加得到增強(qiáng)。2、所述的半導(dǎo)體泵浦源的輸出只需微瓦量級(jí)即可。3、本發(fā)明檢測系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，熒光光譜強(qiáng)，易于檢測等特點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明物質(zhì)光學(xué)特性的檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明制備含有納米顆粒待測物質(zhì)的液體小球的裝置光路示意圖。圖3是待測物質(zhì)的熒光光譜圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。如圖1所示，圖1是本發(fā)明物質(zhì)光學(xué)特性的檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見，本發(fā) 明物質(zhì)光學(xué)特性的檢測系統(tǒng)，構(gòu)成包括半導(dǎo)體泵浦源101，沿該半導(dǎo)體泵浦源101的激光輸 出方向依次是整形及耦合裝置102、二向色鏡103和光纖104，所述的二向色鏡103與光路 呈45°放置，所述的光纖104靠近所述的二向色鏡103—端為平面稱為近端平面，另一端 為斜面稱為遠(yuǎn)端斜面，待測的液體小球107置于所述的光纖104的遠(yuǎn)端斜面上，在所述二向 色鏡103的反射方向依次是準(zhǔn)直透鏡105和光譜分析儀106 ；所述的半導(dǎo)體泵浦源101發(fā) 射的泵浦光的中心波長與待測物質(zhì)203吸收波長重疊；所述的半導(dǎo)體泵浦源101發(fā)射的泵 浦光通過光束整形及耦合裝置102后聚焦到所述的光纖104的近端平面，待測的液體小球 107在所述的半導(dǎo)體泵浦源101發(fā)射的泵浦光的激發(fā)下產(chǎn)生熒光，該熒光由所述的光纖104 的遠(yuǎn)端斜面輸入、光纖104近端平面輸出，經(jīng)所述的二向色鏡103反射經(jīng)準(zhǔn)直透鏡105準(zhǔn)直 輸入所述的光譜分析儀106。所述的待測物質(zhì)液體小球107制備方法如下將待測物質(zhì)表面清洗干凈，滴少量 折射率η > 1. 5有機(jī)溶劑液滴在待測物質(zhì)的表面，超短脈沖激光器201輸出的脈寬為皮秒量級(jí)的超短脈沖激光經(jīng)聚焦系統(tǒng)202聚焦在待測物質(zhì)203的表面，將待測物質(zhì)打成少量納 米顆粒并分散在有機(jī)溶劑的液滴204里形成待測物質(zhì)的液體小球107。所述的二向色鏡103是具有對(duì)半導(dǎo)體泵浦源101輸出的泵浦光有極高透過率，而 對(duì)從光纖端面輸出的熒光具有極高反射率的鏡片。在本實(shí)施例中，半導(dǎo)體泵浦源101出射的激光設(shè)定為波長為800nm。二向色鏡103 斜45°放置并鍍有對(duì)半導(dǎo)體泵浦光高透，對(duì)熒光寬光譜高反的膜。光纖104為商用單模光 纖，斜面端經(jīng)過精細(xì)研磨的方式磨成30°角的光滑斜面。待測物質(zhì)203為經(jīng)10小時(shí)浸泡于稀鹽酸之后清洗干凈的摻釹(Nd)的YAG陶瓷。 滴沾一小滴液滴204化學(xué)純苯甲醇溶劑于待測物質(zhì)203上，經(jīng)重復(fù)頻率ΙΚΗζ，脈寬100皮秒 的短脈沖激光器201聚焦照射被液滴204覆蓋的待測物質(zhì)203，照射時(shí)間為10秒。取被短脈沖激光器201照射過的液滴204 —點(diǎn)放置于光纖104的遠(yuǎn)端斜面—— 30°角的光滑斜面上，由液滴表面張力自然形成半球狀。在半導(dǎo)體泵浦源101工作時(shí)，可以 由光譜分析儀106得到待測物質(zhì)203的增強(qiáng)光譜曲線，進(jìn)而由此熒光光譜可以分析出該物 質(zhì)的化學(xué)組成成分。圖3是當(dāng)半導(dǎo)體泵浦源101的功率100 μ W時(shí)，由光譜分析儀106得到 的熒光光譜。
權(quán)利要求
一種物質(zhì)光學(xué)特性的檢測系統(tǒng)，特征在于其構(gòu)成包括半導(dǎo)體泵浦源(101)，沿該半導(dǎo)體泵浦源(101)的激光輸出方向依次是整形及耦合裝置(102)、二向色鏡(103)和光纖(104)，所述的二向色鏡(103)與光路呈45°放置，所述的光纖(104)靠近所述的二向色鏡(103)一端為平面稱為近端平面，另一端為斜面稱為遠(yuǎn)端斜面，待測物質(zhì)液體小球(107)置于所述的光纖(104)的遠(yuǎn)端斜面上，在所述二向色鏡(103)的反射方向依次是準(zhǔn)直透鏡(105)和光譜分析儀(106)；所述的半導(dǎo)體泵浦源(101)發(fā)射的泵浦光的中心波長與待測物質(zhì)(203)吸收波長重疊；所述的半導(dǎo)體泵浦源(101)發(fā)射的泵浦光通過整形及耦合裝置(102)后聚焦到所述的光纖(104)的近端平面，所述的待測物質(zhì)液體小球(107)在所述的半導(dǎo)體泵浦源(101)發(fā)射的泵浦光的激發(fā)下產(chǎn)生熒光并放大，該熒光由所述的光纖(104)的遠(yuǎn)端斜面輸入、光纖(104)近端平面輸出，經(jīng)所述的二向色鏡(103)反射經(jīng)準(zhǔn)直透鏡(105)準(zhǔn)直輸入所述的光譜分析儀(106)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物質(zhì)光學(xué)特性的檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的待測物質(zhì)的 液體小球(107)制備方法如下將待測物質(zhì)(203)表面清洗干凈，滴少量折射率η > 1. 5有 機(jī)溶劑液滴(204)在待測物質(zhì)(203)的表面，超短脈沖激光器(201)輸出的脈寬為皮秒量 級(jí)的超短脈沖激光經(jīng)聚焦系統(tǒng)(202)聚焦在待測物質(zhì)(203)的表面，將待測物質(zhì)打成少量 納米顆粒并分散在有機(jī)溶劑里形成待測物質(zhì)液體小球(107)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物質(zhì)光學(xué)特性的檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的二向色鏡(103)是具有對(duì)半導(dǎo)體泵浦源(101)輸出的泵浦光有極高透過率，而對(duì)從光纖端面輸出的 熒光具有極高反射率的鏡片。
全文摘要
一種物質(zhì)光學(xué)特性的檢測系統(tǒng)，包括半導(dǎo)體泵浦源，沿該半導(dǎo)體泵浦源的激光輸出方向依次是整形及耦合裝置、二向色鏡和光纖，所述的二向色鏡與光路呈45°放置，所述的光纖靠近所述的二向色鏡一端為平面稱為近端平面，另一端為斜面稱為遠(yuǎn)端斜面，待測物質(zhì)液體小球置于所述的光纖的遠(yuǎn)端斜面上，在所述的二向色鏡反射方向依次是準(zhǔn)直透鏡和光譜分析儀。本發(fā)明檢測系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，熒光光譜強(qiáng)，易于檢測等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01M11/02GK101825493SQ20101017760
公開日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2010年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月14日
發(fā)明者張帥一, 徐劍秋, 徐林, 徐茸茸 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所