用光纖分束的激光誘導(dǎo)熒光光路的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用光纖分束的激光誘導(dǎo)熒光光路的方法及裝置，屬于光譜分析技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，傳統(tǒng)的現(xiàn)有激光誘導(dǎo)熒光光路基本上是基于自由光輸出，對于多通道熒光激發(fā)其基本原理和結(jié)構(gòu)如下，如圖1所示:激光器I產(chǎn)生激光光束，經(jīng)過濾光片2后，經(jīng)過半反半透鏡3后分為上下兩束光，下光束經(jīng)過反射鏡4和會聚透鏡5會聚到被激發(fā)物質(zhì)，上光束經(jīng)過反射鏡6、反射鏡7和會聚透鏡8同樣會聚到被激發(fā)物質(zhì)9，被激發(fā)物質(zhì)9吸收激光能量后，能級躍迀發(fā)出熒光或拉曼光，經(jīng)過由準直透鏡組10、分光元件11、成像透鏡組12組成的分光系統(tǒng)分光，不同波長的光譜按照空間位置分離，聚焦成像到光電傳感器13上，經(jīng)光電轉(zhuǎn)化后，獲得的一定信噪比的電信號，傳輸?shù)胶蠖讼到y(tǒng)進行分析處理。
[0003]例如，申請?zhí)枮镃N201410255412.X的專利公開了一種用于靶點焦斑整形和光束勻滑的激光光路，其特征在于，包括，入射激光束，凸透鏡，相位板，靶面，相位板由單軸晶體構(gòu)成，且相位板的前后表面與單軸晶體的光軸平行，且前后表面的其中一面，其上有使用已有技術(shù)刻蝕的連續(xù)相位板面形;入射激光束進入光路時與凸透鏡表面垂直，其偏振方向與單軸晶體光軸夾45度角；相位板位于透鏡和靶面之間并靠近透鏡一側(cè)，且其上刻蝕有連續(xù)相位板面形的一面與靶面相對。本發(fā)明在不降低激光驅(qū)動器性能的前提下，保留了焦斑整形和偏振勻滑的功能，取代了連續(xù)相位板和偏振勻滑晶體板的組合。
[0004]例如，申請?zhí)枮镃N201210547469.8的專利公開了一種窄線寬可調(diào)諧半導(dǎo)體縱向單端栗浦銣蒸氣激光光路系統(tǒng)。由可調(diào)諧半導(dǎo)體激光功率放大系統(tǒng)、光束耦合系統(tǒng)和諧振腔系統(tǒng)組成。使用窄線寬可調(diào)諧的栗浦光源，將其波長調(diào)至銣蒸氣吸收線的中心波長，使銣蒸氣對栗浦光的單程吸收高達97 % ο在銣池內(nèi)充入600Torr的乙烷氣體，增加銣原子從栗浦上能級到激光上能級的弛豫速率，保障銣蒸氣激光產(chǎn)生的條件。通過在凹面全反鏡與控溫箱間加入1/4波片，將凹面全反鏡與平面輸出耦合鏡調(diào)至同軸，構(gòu)成穩(wěn)定的平凹諧振腔。使用可控的溫度控制方法，使銣蒸氣池窗口的溫度高于其中間5度，避免了銣蒸氣在窗口的沉積。
[0005]例如，申請?zhí)枮镃N201410633684.9的專利公開了一種高精度激光光路指向性在線監(jiān)測裝置，包括激光光束，傾斜設(shè)置在激光光束光路上的采光鏡片，經(jīng)采光鏡片反射后的采樣光束照射到密閉裝置外殼內(nèi)部的分光鏡片上，經(jīng)過分光鏡片形成近點分光光束和遠點分光光束，所述的近點分光光束照射到近點探測器上，所述的遠點分光光束經(jīng)過平行的角錐棱鏡鏡架組后照射到遠點探測器上，近點探測器和遠點探測器分別與單片機相連，并通過USB傳輸線連接到計算機。
[0006]綜上所述，采用傳統(tǒng)的自由光輸出系統(tǒng)存在的缺點如下:
[0007](I)系統(tǒng)中鏡片基本處于裸露狀態(tài)，在實際的應(yīng)用中鏡片落灰比較嚴重，影響的整體的激發(fā)效率；
[0008](2)系統(tǒng)中所使用的激光器大都是多波長的氣體激光器，氣體激光器的散熱量大會導(dǎo)致整體光路的反射鏡器件溫度較高，容易凝結(jié)水汽導(dǎo)致光路效率降低；
[0009](3)系統(tǒng)中的半反半透鏡的分光比受到角度的制約，正常調(diào)試狀態(tài)下，角度的變化對分光比影響很大，不能保證到達被激發(fā)物質(zhì)時上下路能量的一致性；
[0010](4)系統(tǒng)中的波片有調(diào)節(jié)激發(fā)強度的作用，但是由于使用氣體激光器是多波長的，僅能對一種波長偏振態(tài)進行改變，而對另外一中波長改變不大。
[0011]在現(xiàn)有技術(shù)中，因為鏡片裸露造成鏡片落灰和水汽，在發(fā)現(xiàn)激發(fā)效率低下的時候需要清理鏡片上灰和水汽，由于儀器處于比較封閉的狀態(tài)，因此在不拆卸的情況下清理鏡片上的灰和水汽是比較困難的，但如果拆卸下來就需要光路進行重新調(diào)試，存在時間成本，因此需要盡量減少裸露的鏡片，需要盡量減少激光器的發(fā)熱量。在減少發(fā)熱量方面采用了用半導(dǎo)體激光器替代氣體激光器，在減少裸露鏡片方面采用的用光纖輸入的方式?，F(xiàn)有技術(shù)中的半反半透鏡制約著上下兩路的能量不一致性，采用光纖分束器能夠保證能量的一致性?，F(xiàn)有技術(shù)中波片對于多波長的氣體激光器僅能對其中一種波長的偏振態(tài)進行改變，采用單波長的半導(dǎo)體激光器，采用相應(yīng)的波片對偏振態(tài)進行調(diào)制，前一種偏振態(tài)的改變對于整個光譜來說激發(fā)強度的提升是不均勻的，而后一種偏振態(tài)的改變對于激發(fā)強度的提升是線性的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠克服上述技術(shù)問題的用光纖分束的激光誘導(dǎo)熒光光路的方法及裝置，本發(fā)明主要應(yīng)用于蛋白質(zhì)、DNA生物分析和檢測領(lǐng)域以及大分子團有機化學(xué)的光譜分析儀器設(shè)備，本發(fā)明采用的偏振狀態(tài)的調(diào)整方法能獲得比其他方式更高的激發(fā)效率。
[0013]本發(fā)明的用光纖分束的激光誘導(dǎo)熒光光路的裝置包括:單波長激光器、光纖分束器、第一鏡頭、第二鏡頭、第一反射鏡、第一會聚透鏡、第二反射鏡、第二會聚透鏡、被激發(fā)物質(zhì)、準直透鏡組、分光元件、成像透鏡組、光電傳感器。
[0014]所述單波長激光器、光纖分束器連接，所述光纖分束器、第一鏡頭、第一反射鏡、第一會聚透鏡、被激發(fā)物質(zhì)、第二會聚透鏡、第二反射鏡、第二鏡頭依次連接，所述被激發(fā)物質(zhì)、準直透鏡組、分光元件、成像透鏡組、光電傳感器依次連接。
[0015]本發(fā)明的用光纖分束的激光誘導(dǎo)熒光光路的裝置采用的單波長激光器通過光纖傳輸，米用光纖分束器進行分光，分光后分別進入第一鏡頭和第二鏡頭，然后分別經(jīng)過第一反射鏡、第一會聚透鏡和第二反射鏡、第二會聚透鏡，會聚到被激發(fā)物質(zhì)，被激發(fā)物質(zhì)吸收激光能量后，能級躍迀發(fā)出熒光或拉曼光，經(jīng)過由準直透鏡組、分光元件、成像透鏡組組成的分光系統(tǒng)分光，不同波長的光譜按照空間位置分離，聚焦成像到光電傳感器上，經(jīng)光電轉(zhuǎn)化后，獲得的一定信噪比的電信號，傳輸?shù)胶蠖讼到y(tǒng)進行分析處理。所述光纖分束器采用光纖分光棱鏡;所述分光元件米用光柵。
[0016]本發(fā)明的用光纖分束的激光誘導(dǎo)熒光光路的方法包括以下步驟:
[0017](I)采用單波長激光器對熒光物質(zhì)進行激發(fā)，用光纖進行激光傳輸，并采用光纖分束器對激光進行精確的分束，使得上下兩束激光的能量精確地達到1:1，使上下兩束激光的光路激發(fā)更為均勻。
[0018](2)在激光誘導(dǎo)熒光光路裝置中設(shè)置1/2波片；1/2波片的作用是對特定波長的線偏振光改變一個角度并對特定波長的橢圓偏振光改變長軸方向；對于多個波長的多模態(tài)激光光束則分析該光束中起主要激發(fā)作用的光波長。
[0019]例如，氬離子激光器包含有458]1111，47611111，48811111，49711111，50211111，514.5111116條主要譜線，其中488nm和514.5nm譜線的能量占據(jù)總能量的80%以上，其中488nm能量和514.5nm能量比約為2:1。對只有一種主要的被檢測物質(zhì)的情形，根據(jù)其最大吸收光譜特性，起主要作用的光譜能夠選擇488nm和514.5nm波長中的一種，將其余的光譜作為背景信號用濾光片濾除掉，設(shè)計1/2波片指標(biāo)的波長即為所選用的波長。但是對于多模態(tài)的激光光束，使用1/2波片僅能對其中一個波長進行偏振態(tài)的調(diào)試，而對于單模態(tài)的激光光束，使用對應(yīng)的1/2波片能夠精確的控制激光束的偏振態(tài)。
[0020](3)選擇合適的1/2波片位置;所述1/2波片的放置位置在激光器準直光路之后，如果光路中有分光光路存在，則所述1/2波片放置在分光之后的光路中；由于分光片的偏振特性可能改變多模態(tài)激光束的偏振狀態(tài)，分光后的各個光路狀態(tài)會略有不同，因此，能夠使波片沿垂直光軸方向的旋轉(zhuǎn)一定的角度，使得各個光路的主波長的偏振狀態(tài)達到指定的狀態(tài);這樣獲得的分光光束能量比例能夠達到指定的要求，因為根據(jù)分光片的工作原理就決定了按照要求的能量比例進行光束分離，其偏振狀態(tài)也能夠達到指定的要求。
[O O 21 ] (4)波片材料的選擇;波片米用晶體材料制造，材料的選擇要考慮耐受激光入射到波片表面的能量密度，不同的晶體的表面耐受光輻射能力是不同的；不同的材料的表面耐受輻射能力能查閱公開資料。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點如下:
[0023](I)通過光纖對激光束進行傳輸，采用光纖分束器對激光進行精確的分束，使得上下兩束激光的能量比較精確的達到I: I，使上下兩束激光的光路激發(fā)更為均勻。
[0024](2)通過調(diào)整激光的偏振狀態(tài)與被激發(fā)物質(zhì)偏振選擇性的一致性，使得激光誘導(dǎo)的熒光和拉曼光的強度整體得到提高，使得系統(tǒng)激發(fā)效率達到優(yōu)化狀態(tài)，傳感器獲得的信號的信噪比得到明顯改善，從而提高了檢測系統(tǒng)的檢測靈敏度。在同等激光功率下能使得激發(fā)的拉曼熒光信號強度提高20%?50%，當(dāng)原有偏振態(tài)匹配性較差的時候能夠提升50%?80%以上，這對弱光信號的檢測系統(tǒng)而言非常重要。
[0025](3)通過在光路中設(shè)置1/2波片的方法能對被激發(fā)物質(zhì)的熒光光譜或拉曼光光譜的不同波段激發(fā)效率進行調(diào)節(jié)，從而優(yōu)化輸出光譜各波段的比例。通過設(shè)計相應(yīng)的單模態(tài)激光波長的工作波長的1/2波片從而局部地、相對地提升特定熒光光譜和拉曼光譜的相對強度比例。
【附圖說明】
[0026]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的激光誘導(dǎo)熒光裝置基本原理和結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2是本發(fā)明的用光纖分束的激光誘導(dǎo)熒光光路的裝置基本原理和結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3是本發(fā)明在典型正交型雙光束激光誘導(dǎo)熒光光路裝置中應(yīng)用的實例示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細