專利名稱：一種用于芘熒光光譜檢測(cè)的拉曼激光源的實(shí)現(xiàn)方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于芘熒光光譜檢測(cè)的拉曼激光源的實(shí)現(xiàn)方法，本發(fā)明還涉及用于芘熒光光譜檢測(cè)的拉曼激光源的實(shí)現(xiàn)裝置。
背景技術(shù)：
多環(huán)芳烴(polycyclic aromatic hydrocardons，PAHs)是分子中含有兩個(gè)以上苯環(huán)的碳?xì)浠衔?，包括萘、蒽、菲、芘?50余種化合物，其污染源有自然源和人為源兩種。 自然源主要是火山爆發(fā)、森林火災(zāi)和生物合成等自然因素所形成的污染。人為源包括各種礦物燃料(如煤、石油、天然氣等)、木材、紙以及其他含碳?xì)浠衔锏牟煌耆紵蛟谶€原狀態(tài)下熱解而形成的有毒物質(zhì)污染。大氣、水和土壤等環(huán)境中的多環(huán)芳烴可以使糧食、水果和蔬菜受到污染，多環(huán)芳烴對(duì)動(dòng)物的致癌作用也早已被試驗(yàn)所證實(shí)，因此對(duì)多環(huán)芳烴的檢測(cè)尤為重要。芘作為多環(huán)芳烴的一種，也在被測(cè)范圍內(nèi)，它在水環(huán)境中存在的濃度很低。由于芘具有較高的熒光量子效率，根據(jù)這一特性，可利用熒光方法對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。中科院安徽光機(jī)所應(yīng)用F-7000型熒光分光光度計(jì)測(cè)量得到，芘有多個(gè)熒光發(fā)光區(qū)域(圖1)，其中有兩個(gè)較強(qiáng)的熒光發(fā)光區(qū)域，位于λεχ/λΜ = 240/372nm和λ ex/λ em = 240/392nm,熒光強(qiáng)度的主峰出現(xiàn)在λ J Aem = 240/372nm,即激發(fā)光源的波長(zhǎng)最好選擇在主峰位置240nm，或者在其附近。獲取該波長(zhǎng)光源的最簡(jiǎn)單方法是應(yīng)用分光光度計(jì)，即采用連續(xù)譜光源，再用分光元件如棱鏡或光柵進(jìn)行分光，從而獲得所需的波長(zhǎng)光源。該方法雖簡(jiǎn)便，但缺點(diǎn)在于輸出光的光強(qiáng)非常弱，對(duì)后續(xù)的探測(cè)單元要求很高。另外，該方法一般需要采樣，放置于光譜儀或分光光度計(jì)中檢測(cè)，不便于在線檢測(cè)，限制了其使用范圍。紫外可調(diào)諧激光器可獲得較強(qiáng)的輸出激光，但價(jià)格高，不宜普及，且若采用染料可調(diào)諧激光器，其具有致癌作用的染料對(duì)實(shí)驗(yàn)人員的身體易造成傷害。因此尋求波長(zhǎng)為MOnm或附近、價(jià)格低廉、系統(tǒng)穩(wěn)定的激光源尤為必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種系統(tǒng)穩(wěn)定、成本低、光強(qiáng)大、便于在線芘熒光光譜檢測(cè)的拉曼激光源的實(shí)現(xiàn)方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案一種用于芘熒光光譜檢測(cè)的拉曼激光源的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟1)打開Nd: YAG脈沖激光器，輸出波長(zhǎng)為1064nm的基頻光激光；2)基頻光激光經(jīng)二倍頻晶體、四倍頻晶體和濾光片，得到純凈的四倍頻激光；3)將純凈的四倍頻激光入射到拉曼池，產(chǎn)生不同級(jí)次的振動(dòng)拉曼散射光； 調(diào)整拉曼池出射一側(cè)的棱鏡，使不同級(jí)次的振動(dòng)拉曼散射光在空間分開；所述拉曼池兩端的窗口裝有凸透鏡、拉曼池內(nèi)充有高壓H2 ；
4)利用棱鏡出射一側(cè)的光闌，選擇第一級(jí)反斯托克斯光，即239. 6nm波長(zhǎng)的激光； 即為用于芘熒光光譜檢測(cè)的拉曼激光源。優(yōu)選地，所述步驟幻中的濾光片為兩塊，且平行放置，所述濾光片對(duì)45°入射的波長(zhǎng)為1064nm和532nm的激光高透，對(duì)45°入射的四倍頻激光高反。優(yōu)選地，所述凸透鏡由透紫外的石英制成，且兩個(gè)所述凸透鏡共焦。優(yōu)選地，所述凸透鏡的焦距為30cm ；所述拉曼池內(nèi)的高壓吐的氣壓為6-8atm。短焦距和低氣壓有利于第一級(jí)反斯托克斯光的轉(zhuǎn)化。本發(fā)明的第二目的在于提供用于芘熒光光譜檢測(cè)的拉曼激光源的實(shí)現(xiàn)裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案一種實(shí)現(xiàn)芘熒光光譜檢測(cè)的拉曼激光源的裝置，包括依次設(shè)置的Nd:YAG脈沖激光器、二倍頻晶體、四倍頻晶體、濾光片、拉曼池、棱鏡、光闌，所述拉曼池兩端的窗口裝有凸透鏡、拉曼池內(nèi)充有高壓H2。優(yōu)選地，所述濾光片為兩塊，且平行放置，所述濾光片對(duì)45 °入射的波長(zhǎng)為 1064nm和532nm的激光高透，對(duì)45°入射的四倍頻激光高反。優(yōu)選地，所述凸透鏡由透紫外的石英制成，且兩個(gè)所述凸透鏡共焦。優(yōu)選地，所述拉曼池設(shè)置有氣壓表，顯示內(nèi)部氣壓值。優(yōu)選地，所述拉曼池設(shè)置有閥門，可以通過閥門慢慢改變其內(nèi)的氣壓。本發(fā)明的原理為Nd:YAG脈沖激光器產(chǎn)生的1064nm基頻光經(jīng)二倍頻、四倍頻晶體后得到包含1064nm、532nm和波長(zhǎng)的混合激光。此混合激光經(jīng)濾光片濾除1064nm和 532nm波長(zhǎng)的激光，得到純凈的線偏振態(tài)四倍頻激光。線偏振態(tài)的四倍頻激光經(jīng)透鏡聚焦后抽運(yùn)充有高壓吐的拉曼池，使之發(fā)生振動(dòng)受激拉曼散射，其受激拉曼散射公式為vm = vp+mvv式中，Vp,Vv和Vm分別表示抽運(yùn)激光的波數(shù) Λ66ηπι = 37594cm"\H2的振動(dòng)拉曼頻
移波數(shù)4142CHT1和散射光的波數(shù)(cnT1)，!!!為振動(dòng)拉曼頻移級(jí)次，且m = 0，士 1，士2，......，
負(fù)數(shù)對(duì)應(yīng)斯托克斯光，正數(shù)對(duì)應(yīng)反斯托克斯光，0對(duì)應(yīng)剩余抽運(yùn)光。抽運(yùn)高壓H2，產(chǎn)生多級(jí)次的斯托克斯光和反斯托克斯光，其中第一級(jí)反斯托克斯光，即m = 1，計(jì)算可得其波長(zhǎng)為 239. 6nm。不同級(jí)次的振動(dòng)拉曼散射光和剩余266nm四倍頻激光經(jīng)棱鏡組分光，將混合波長(zhǎng)的光在空間上分開，再利用光闌選擇所需的239. 6nm激光透過，從而獲得較為純凈的 239. 6nm波長(zhǎng)激光。該波長(zhǎng)正好處于芘的激發(fā)峰位置，因此選擇將其作為芘熒光光譜檢測(cè)的激光源。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明的拉曼激光源實(shí)現(xiàn)方法提供的拉曼激光波長(zhǎng)正好處于芘的激發(fā)峰，提高了檢測(cè)精度；且系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，輸出激光中心波長(zhǎng)穩(wěn)定，線寬窄；成本低。


圖1為芘激發(fā)-發(fā)射光譜圖；圖2為實(shí)現(xiàn)芘熒光光譜檢測(cè)的拉曼激光源的裝置的示意圖；CN 102545017 A附圖標(biāo)記1、Nd:YAG脈沖激光器；2、二倍頻晶體；3、四倍頻晶體；4、濾光片；5、拉曼池；6、棱鏡；7、光闌；8、顯微物鏡；9、光纖；10、凸透鏡；11、氣壓表；12、閥門。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例1用于芘熒光光譜檢測(cè)的振動(dòng)拉曼激光源的實(shí)現(xiàn)裝置請(qǐng)參閱圖2，為本發(fā)明用于芘熒光光譜檢測(cè)的振動(dòng)拉曼激光源的實(shí)現(xiàn)裝置的示意圖，包括依次設(shè)置的Nd YAG脈沖激光器1、二倍頻晶體2、四倍頻晶體3、濾光片4、拉曼池5、 棱鏡6、光闌7、顯微物鏡8和光纖9，所述拉曼池4兩端的窗口裝有凸透鏡10、里面充有高壓H2。在該實(shí)施例中，濾光片4為兩塊，且平行放置，所述濾光片4對(duì)45°入射的波長(zhǎng)為 1064nm和532nm的激光高透，對(duì)45°入射的266nm四倍頻激光高反。拉曼池5兩端的窗口裝有的凸透鏡10由透紫外的石英制成，且兩個(gè)凸透鏡10共焦，焦距為30cm。拉曼池5設(shè)置有氣壓表11，顯示內(nèi)部氣壓值，在該實(shí)施例中，內(nèi)部壓的氣壓為6-8atm。拉曼池5還設(shè)置有閥門12，可以通過閥門12慢慢改變其內(nèi)的氣壓。實(shí)施例2用于芘熒光光譜檢測(cè)的振動(dòng)拉曼激光源的實(shí)現(xiàn)裝置利用實(shí)施例1的用于芘熒光光譜檢測(cè)的振動(dòng)拉曼激光源的實(shí)現(xiàn)裝置用于芘熒光光譜檢測(cè)，包括以下步驟1)打開Nd: YAG脈沖激光器1，輸出波長(zhǎng)為1064nm的基頻光激光； 2)基頻光激光經(jīng)二倍頻晶體2、四倍頻晶體3和濾光片4，濾除1064nm和532nm波長(zhǎng)的激光，得到純凈的266nm四倍頻激光；3)將純凈四倍頻激光入射到拉曼池5，產(chǎn)生不同級(jí)次的振動(dòng)拉曼散射光； 調(diào)整拉曼池5出射端的棱鏡6，使不同級(jí)次的振動(dòng)拉曼散射光在空間分開；所述拉曼池5兩端的窗口裝有凸透鏡10、里面充有高壓吐；拉曼池兩端凸透鏡焦距為30cm，內(nèi)部吐的氣壓為 6_8atm04)利用棱鏡出射一側(cè)的光闌7，選擇第一級(jí)反斯托克斯光，即239. 6nm波長(zhǎng)的激光；5) 239. 6nm波長(zhǎng)的激光經(jīng)顯微物鏡8耦合進(jìn)光纖9，供芘熒光光譜檢測(cè)之用。本發(fā)明可以通過改變拉曼池兩端凸透鏡焦距和內(nèi)部吐的氣壓來(lái)改變波長(zhǎng)為 239. 6nm的激光的轉(zhuǎn)化效率或輸出光強(qiáng)。以上僅僅是對(duì)發(fā)明構(gòu)思實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于所陳述的實(shí)現(xiàn)方法，本發(fā)明的保護(hù)范圍也涉及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
權(quán)利要求
1.一種用于芘熒光光譜檢測(cè)的拉曼激光源的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步驟1)打開Nd:YAG脈沖激光器，輸出波長(zhǎng)為1064nm的基頻光激光；2)基頻光激光經(jīng)二倍頻晶體、四倍頻晶體和濾光片，得到純凈的四倍頻激光；3)將純凈的四倍頻激光入射到拉曼池，產(chǎn)生不同級(jí)次的振動(dòng)拉曼散射光；調(diào)整拉曼池出射一側(cè)的棱鏡，使不同級(jí)次的振動(dòng)拉曼散射光在空間分開；所述拉曼池兩端的窗口裝有凸透鏡、拉曼池內(nèi)充有高壓H2 ；4)利用棱鏡出射一側(cè)的光闌，選擇第一級(jí)反斯托克斯光，即239.6nm波長(zhǎng)的激光；即為用于芘熒光檢測(cè)的拉曼激光源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于芘熒光光譜檢測(cè)的拉曼激光源的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，步驟幻中所述濾光片為兩塊，且平行放置，所述濾光片對(duì)45°入射的波長(zhǎng)為1064nm和 532nm的激光高透，對(duì)45°入射的四倍頻激光高反。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于芘熒光光譜檢測(cè)的拉曼激光源的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述凸透鏡由透紫外的石英制成，且兩個(gè)所述凸透鏡共焦。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于芘熒光光譜檢測(cè)的拉曼激光源的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，凸透鏡的焦距為30cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于芘熒光光譜檢測(cè)的拉曼激光源的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述拉曼池內(nèi)的高壓壓的氣壓為6-8atm。
6.一種用于芘熒光光譜檢測(cè)的拉曼激光源的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于，包括依次設(shè)置的 Nd:YAG脈沖激光器、二倍頻晶體、四倍頻晶體、濾光片、拉曼池、棱鏡、光闌，所述拉曼池兩端的窗口裝有凸透鏡、拉曼池內(nèi)充有高壓H2。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于芘熒光光譜檢測(cè)的拉曼激光源的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于，所述濾光片為兩塊，且平行放置，所述濾光片對(duì)45°入射的波長(zhǎng)為1064nm和532nm的激光高透，對(duì)45°入射的四倍頻激光高反。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于芘熒光光譜檢測(cè)的拉曼激光源的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于，所述凸透鏡由透紫外的石英制成，且兩個(gè)所述凸透鏡共焦。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于芘熒光光譜檢測(cè)的拉曼激光源的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于，所述拉曼池設(shè)置有氣壓表。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于芘熒光光譜檢測(cè)的拉曼激光源的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于，所述拉曼池設(shè)置有閥門。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于芘熒光光譜檢測(cè)的拉曼激光源的實(shí)現(xiàn)方法和裝置。Nd:YAG脈沖激光器產(chǎn)生的1064nm基頻光經(jīng)二倍頻、四倍頻晶體后得到包含1064nm、532nm和266nm波長(zhǎng)的混合激光。此混合激光經(jīng)濾光片濾除1064nm和532nm波長(zhǎng)的激光，得到純凈的線偏振態(tài)266nm四倍頻激光。線偏振態(tài)的266nm四倍頻激光經(jīng)透鏡聚焦后抽運(yùn)充有高壓H2的拉曼池，使之發(fā)生振動(dòng)受激拉曼散射，此混合波長(zhǎng)的散射光徑三棱鏡分光和光闌選擇，得到純凈的H2第一級(jí)反斯托克斯光239.6nm波長(zhǎng)激光，即為芘熒光光譜檢測(cè)的激光源。該波長(zhǎng)激光光強(qiáng)大，中心波長(zhǎng)穩(wěn)定，線寬窄，完全滿足芘的熒光光譜檢測(cè)之用，且實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)裝置性能穩(wěn)定可靠，成本低。
文檔編號(hào)H01S3/00GK102545017SQ20101058699
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月14日
發(fā)明者馮麗, 徐賁, 李建慶, 楊喆, 潘媛媛 申請(qǐng)人:澳門科技大學(xué)