本發(fā)明為一種便攜式相干反斯托克斯拉曼光譜儀，與拉曼活性介質(zhì)的檢測表征有關(guān)，本發(fā)明采用的是相干反斯托克斯拉曼光譜技術(shù)，采用一臺固定波長激光器和空心光子晶體光纖作為光源，實現(xiàn)獲得待測樣品的反斯托克斯拉曼光譜，與傳統(tǒng)探測斯托克斯光的拉曼光譜相比，可以減小儀器體積，并減少熒光或者磷光的干擾。

背景技術(shù)：

拉曼光譜技術(shù)作為光譜技術(shù)的一個重要分支，在科學(xué)研究，工業(yè)生產(chǎn)，環(huán)境監(jiān)測和國防科技等領(lǐng)域發(fā)揮了巨大作用。當(dāng)前采用的拉曼光譜技術(shù)多采用探測斯托克斯光的方式，普遍存在熒光磷光等干擾，而且由于自發(fā)拉曼散射的效率較低，因此一般需要較長的積分時間來收集斯托克斯光信號，這在探測低組分物種的時候就存在很大困難，使得低組分或者拉曼活性較差的物種的拉曼信號被淹沒的情況。為獲得樣品一定光譜范圍內(nèi)的拉曼光譜，當(dāng)前拉曼光譜儀一般采用單色儀與ICCD或者單點探測器聯(lián)用的方式，這也大幅提高了成本和設(shè)備復(fù)雜程度。針對拉曼光譜技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提出一個固體激光器與一個空心光子晶體光纖組合產(chǎn)生泵浦光和斯托克斯光，共振激發(fā)被測樣品反斯托克斯線的方法，探測樣品的相干反斯托克斯光譜，可以避開熒光或者磷光干擾，有效提高信噪比，空心光子晶體光纖的使用，可以代替染料激光器或OPO等可調(diào)諧激光器，結(jié)合適當(dāng)?shù)睦钚越橘|(zhì)產(chǎn)生需要的斯托克斯光，可以顯著減小儀器體積，實現(xiàn)探測儀器的小型化，適合各種介質(zhì)的拉曼檢測與表征。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對普通拉曼光譜儀包括相干反斯托克斯拉曼光譜儀的缺點，采用空心光子晶體光纖，輔以適當(dāng)?shù)睦钚越橘|(zhì)以及合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以產(chǎn)生適當(dāng)光譜范圍的斯托克斯光，可代替可調(diào)諧激光器，達(dá)到了有效減小儀器體積的目的。

本發(fā)明具體內(nèi)容包括：固體激光器(1)，空心光子晶體光纖(2)，二相色鏡(3)，聚焦透鏡(4)，探測器(5)和數(shù)據(jù)采集處理單元(6)；其特征在于：其設(shè)置方式為如下兩種之一；

第一種方式，固體激光器發(fā)出的激光從和空心光子晶體光纖的入射端進入空心光子晶體光纖，空心光子晶體光纖內(nèi)充有拉曼活性介質(zhì)，固體激光器發(fā)射的激光在空心光子晶體光纖內(nèi)部分轉(zhuǎn)化為斯托克斯拉曼光，剩余激光與斯托克斯拉曼光共同由空心光子晶體光纖的出射端輸出經(jīng)二相色鏡后，再由聚焦透鏡聚焦在被測目標(biāo)上，被測目標(biāo)在兩束光照下產(chǎn)生的后向反斯托克斯信號光經(jīng)聚焦透鏡聚焦后，再由二相色鏡反射到探測器上，探 測器輸出的信號再經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸線由數(shù)據(jù)采集與處理單元采集并處理；

或者第二種方式，固體激光器發(fā)出的激光從和空心光子晶體光纖的入射端進入空心光子晶體光纖，空心光子晶體光纖內(nèi)充有拉曼活性介質(zhì)，固體激光器發(fā)射的激光在空心光子晶體光纖內(nèi)部分轉(zhuǎn)化為斯托克斯拉曼光，剩余激光與斯托克斯拉曼光共同由空心光子晶體光纖的出射端輸出由聚焦透鏡聚焦在被測目標(biāo)上，被測目標(biāo)在兩束光照下產(chǎn)生的前向反斯托克斯信號光經(jīng)二相色鏡過濾后入射到探測器上，探測器輸出的信號再經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸線由數(shù)據(jù)采集與處理單元采集并處理；第二種方式所測的被測目標(biāo)為透明樣品。

本發(fā)明中采用的固體激光器可以是光纖激光器、半導(dǎo)體激光器或者YAG激光器，或者也可以是其他任何一種體積較小的激光器。

所采用的空心光子晶體光纖須經(jīng)過合理設(shè)計，且合理選擇內(nèi)部充入的拉曼活性介質(zhì)，使得空心光子晶體光纖產(chǎn)生的斯托克斯拉曼光光譜能夠覆蓋被測目標(biāo)的斯托克斯拉曼光光譜；空心光子晶體光纖內(nèi)充的拉曼活性介質(zhì)可以為CH4、氧氣、硝基苯等；或者采用適當(dāng)材料做纖芯，可產(chǎn)生同樣或類似斯托克斯光波長的實心光子晶體光纖，也可以取代所述空心光子晶體光纖。

采用的二向色鏡對于固體激光器發(fā)射的光波長以上(含)的光高透，對于該波長以下的光高反。

采用的聚焦透鏡采用緊聚焦方式(如NA>0.1或f<20mm)，或者采用顯微鏡組，可以提高信號光產(chǎn)率和收集效率。

在二相色鏡和探測器之間還可以增加一個或多個濾波器，起到濾除雜散光的效果，可以提高本發(fā)明的信噪比。數(shù)據(jù)采集與處理單元為計算機或單片機。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)圖，其中：1-固體激光器，2-空心光子晶體光纖，3-二相色鏡，4-聚焦透鏡，5-探測器，6-數(shù)據(jù)采集處理單元。

圖2為本發(fā)明的另一種形式，其中：1-固體激光器，2-空心光子晶體光纖，3-二相色鏡，4-聚焦透鏡，5-探測器，6-數(shù)據(jù)采集處理單元。

具體實施方式

為詳細(xì)描述本發(fā)明的具體工作過程及使用方法，結(jié)合實際應(yīng)用情況，舉例說明本發(fā)明的具體實施方式。

實施例1，測試混合氣體中的甲烷含量。

為探測甲烷的相干反斯托克斯拉曼(CARS)光譜，可采用的固體激光器包括YAG激光器，YLF激光器等，本實施例中采用增益介質(zhì)為YAG的光纖激光器，輸出激光波長約為1.06微米，脈寬為幾個納秒，相應(yīng)的空心光子晶體光纖采用帶隙型設(shè)計，內(nèi)部充有一個大氣壓的純CH₄氣體作為拉曼增益介質(zhì)，1.06微米激光在空心光子晶體光纖內(nèi)部分轉(zhuǎn)化為約1.54微米的斯托 克斯光，脈寬與光纖激光相當(dāng)，從空心光子晶體光纖中輸出的光就包括1.06微米和1.54微米兩個波長的激光，本實施例中采用的二相色鏡3為長波通(longpass)二相色鏡，截止波長為1微米，1.05微米至1.6微米區(qū)間的典型透過率大于99％，在700納米至1微米波段的反射率在99％以上，聚焦透鏡4采用數(shù)值孔徑NA＝1.1的顯微鏡頭，探測器5采用Thorlabs公司的APD210雪崩硅光電二極管，數(shù)據(jù)采集處理單元6為自制的信號采集與處理組件集成得到。光纖激光器發(fā)射的激光經(jīng)空心光子晶體光纖后，一部分在空心光子晶體光纖2內(nèi)部分轉(zhuǎn)化為斯托克斯拉曼光，剩余激光與斯托克斯拉曼光共同經(jīng)二相色鏡3后，再由聚焦透鏡4聚焦在被測混合氣體池中，甲烷在兩束激發(fā)光的共同作用下產(chǎn)生后向相干反斯托克斯光信號，后向反斯托克斯光再由聚焦透鏡4匯聚，被測目標(biāo)在兩束光照下產(chǎn)生的后向反斯托克斯信號光經(jīng)聚焦透鏡4聚焦后，再由二相色鏡3反射到探測器5上，探測器5和二相色鏡之間的光路上可以增加帶通濾波片或者短波通濾波片或色散元件等，以濾除斯托克斯光和泵浦光的干擾，也可以濾除熒光的干擾，其中采用陷波濾波器與色散元件的組合能更起到相對更理想的效果，探測器輸出的電信號經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸線由數(shù)據(jù)采集與處理單元，將電信號進行處理并顯示，即可得到甲烷的濃度信息。由于增益介質(zhì)為YAG的光纖激光器可以做到較高的重復(fù)頻率(MHz)，因此本發(fā)明所涉及的便攜式受激拉曼光譜儀可以實現(xiàn)對目標(biāo)氣體的快速探測。

實施例2，測試混合氣體中的乙烯的含量。

為探測乙烯的相干反斯托克斯拉曼(CARS)光譜，本實施例中采用增益介質(zhì)為YAG的緊湊型固體激光器，且?guī)в斜额l部分，輸出激光波長約為532納米，脈寬為幾個納秒，重復(fù)頻率為1KHz，相應(yīng)的空心光子晶體光纖采用帶隙型設(shè)計，內(nèi)部充有一個大氣壓的純C₂H₆氣體作為拉曼增益介質(zhì)，532nm米激光在空心光子晶體光纖內(nèi)部分轉(zhuǎn)化為約630納米的斯托克斯光，脈寬與固體激光相當(dāng)，從空心光子晶體光纖中輸出的光就包括約532納米和約630微米兩個波長的激光，本實施例中采用的二相色鏡3為長波通(longpass)二相色鏡，截止波長為530納米，530納米至650納米區(qū)間的典型透過率大于99％，在400納米至500納米波段的反射率在99％以上，聚焦透鏡4采用數(shù)值孔徑NA＝1.1的顯微鏡頭，探測器5采用Thorlabs公司的APD210雪崩硅光電二極管，數(shù)據(jù)采集處理單元6為自制的信號采集與處理組件集成得到。固體激光器發(fā)射的激光經(jīng)空心光子晶體光纖后，一部分在空心光子晶體光纖2內(nèi)部分轉(zhuǎn)化為斯托克斯拉曼光，剩余激光與斯托克斯拉曼光共同經(jīng)二相色鏡3后，再由聚焦透鏡4聚焦在被測混合氣體池中，乙烯在兩束激發(fā)光的共同作用下產(chǎn)生后向相干反斯托克斯光信號，后向反斯托克斯光再由聚焦透鏡4匯聚，被測目標(biāo)在兩束光照下產(chǎn)生的后向反斯托克斯信號光經(jīng)聚焦透鏡4聚焦后，再由二相色鏡3反射到探測器5上，探測器5和二相色鏡之間的光路上可以增加帶通濾波片或者短波通濾波片 或色散元件等，以濾除斯托克斯光和泵浦光的干擾，也可以濾除熒光的干擾，其中采用陷波濾波器與色散元件的組合能更起到相對更理想的效果，探測器輸出的電信號經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸線由數(shù)據(jù)采集與處理單元，將電信號進行處理并顯示，即可得到乙烯的濃度信息。