一种特殊光纤制作的拉曼光纤探头的制作方法

本发明涉及光学仪器领域，尤其涉及一种特殊光纤制作的拉曼光纤探头。

背景技术：

现有技术中，拉曼光纤探头中激光发射光纤和信号接受光纤使用的光纤纤芯均为圆形纤芯，激光发射光纤经探头系统成像后照射在样品上的光斑为圆形；激发信号光斑经探头成像，耦合到圆形纤芯的信号接受光纤中，输出到光纤光谱仪读取光谱。为了提高光谱仪的分辨率，光谱仪的入射端加入一定宽度的狭缝，光谱仪中探测器上成入射狭缝的像。如图1所示，假设信号接受光纤的纤芯01的直径d为200um，狭缝d的宽度为50um，经过狭缝后光能量损失了近70%，光能利用率极低。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种光能利用率高的特殊光纤制作的拉曼光纤探头。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种特殊光纤制作的拉曼光纤探头，包括激光器和光谱仪，激光器的输出端连接有激光发射光纤，光谱仪的信号输入端连接有信号接受光纤，所述激光发射光纤射出的激发激光通过准直系统后照射在待测样品上，待测样品上产生的拉曼散射信号经耦合系统后耦合进入信号接受光纤内；所述激光发射光纤和信号接受光纤均为矩形光纤。

所述矩形光纤为去包层裸矩形光纤、低折射塑料制作的双包层矩形光纤或空心矩形光纤。

所述准直系统包括沿光路传播方向依序设置的准直透镜、激光线滤光片、窄带通滤光片和反射镜，所述耦合系统包括沿光路传播方向依序设置的聚焦透镜、二向色滤光片、一片以上长波通滤光片和耦合透镜，所述二向色滤光片与反射镜位置相对应，且均呈斜45度设置，二向色滤光片将反射镜转折90度后的激发激光再次转折90度后引导至聚焦透镜。

本发明采用以上技术方案，具有以下有益效果：

1、激光发射光纤采用矩形光纤的优势：受限于半导体芯片的生长工艺，半导体激光器本身存在着缺陷，由于其垂直于发射带的快轴发光面通常很薄，只有lum左右，而发散角却可达到30-60度；但是慢轴发光面却较宽，一般在100gm左右，而光束发散角却仅有8-12度，这就造成了它的输出光束的不对称化，而采用矩形光纤耦合，激光输出效率将增加。

2、信号接受光纤采用矩形光纤，选择矩形光纤的短边为狭缝宽度，避免原来圆光纤纤芯安装狭缝后的能量损失，使光能利用率提高2倍以上；同时可省去光栏并获得衍射极限分辨率。

综上所述，本发明能够有效提高光能利用率，从而实现增强拉曼光谱仪系统信号强度，提高系统灵敏度和信噪比。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明：

图1为现有技术中拉曼光纤探头中信号接受光纤纤芯的示意图；

图2为本发明特殊光纤制作的拉曼光纤探头的光路结构示意图；

图3为矩形光纤实施例1的示意图；

图4为矩形光纤实施例2的示意图；

图5为矩形光纤实施例3的示意图。

具体实施方式

如图2-5之一所示，本发明包括激光器1和光谱仪2，激光器1的输出端连接有激光发射光纤3，光谱仪2的信号输入端连接有信号接受光纤4，激光发射光纤3射出的激发激光通过准直系统后照射在待测样品上，待测样品上产生的拉曼散射信号经耦合系统后耦合进入信号接受光纤4内；激光发射光纤3和信号接受光纤4均为矩形光纤（纤芯为矩形）。

矩形光纤可以是去包层裸矩形光纤（如图3所示）、低折射塑料制作的双包层矩形光纤（如图4所示）或空心矩形光纤（如图5所示，矩形的纤芯中设有贯穿型的通道）。上述三种结构的矩形光纤均能有效提高光耦合的效率。

准直系统包括沿光路传播方向依序设置的准直透镜5、激光线滤光片6、窄带通滤光片7和反射镜8，耦合系统包括沿光路传播方向依序设置的聚焦透镜9、二向色滤光片10、一片以上长波通滤光片11和耦合透镜12，二向色滤光片10与反射镜8位置相对应，且均呈斜45度设置，二向色滤光片10将反射镜8转折90度后的激发激光再次转折90度后引导至聚焦透镜9。上述光路结构的原理如下：激光器1发射的激发激光经激光发射光纤3传输到准直透镜5的焦平面上，准直后的激光光束通过激光线滤光片6和窄带通滤光片7，其中激光线滤光片6用于滤除吸光伴线，窄带通滤光片7用于滤除激光在光纤中传输时产生的荧光，之后激发激光以45度的入射角被反射镜8和二向色滤光片10的反射后，经聚焦透镜9聚焦到样品上，样品被激发的拉曼散射信号被聚焦透镜9收集并准直，准直后的拉曼信号通过二向色滤光片10和长波通滤光片11以滤除瑞利散射信号后，最后耦合透镜12耦合到信号接受光纤4中。

本发明中，激光发射光纤3采用矩形光纤的优势如下：受限于半导体芯片的生长工艺，半导体激光器1本身存在着缺陷，由于其垂直于发射带的快轴发光面通常很薄，只有lm左右，而发散角却可达到30-60度；但是慢轴发光面却较宽，一般在100gm左右，而光束发散角却仅有8-12度，这就造成了它的输出光束的不对称化，而采用矩形光纤耦合，激光输出效率将增加。

同时，信号接受光纤4也采用矩形光纤，选择矩形光纤的短边为狭缝宽度，避免原来圆光纤纤芯安装狭缝后的能量损失，使光能利用率提高2倍以上。同时可省去光栏并获得衍射极限分辨率。

综上，本发明能够有效提高光能利用率，从而实现增强拉曼光谱仪2系统信号强度，提高系统灵敏度和信噪比。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种特殊光纤制作的拉曼光纤探头，其括激光器和光谱仪，激光器的输出端连接有激光发射光纤，光谱仪的信号输入端连接有信号接受光纤，所述激光发射光纤射出的激发激光通过准直系统后照射在待测样品上，待测样品上产生的拉曼散射信号经耦合系统后耦合进入信号接受光纤内；激光发射光纤和信号接受光纤均为矩形光纤。采用以上结构，本发明能够有效提高光能利用率，从而实现增强拉曼光谱仪系统信号强度，提高系统灵敏度和信噪比。

技术研发人员：吴砺;李俊梅
受保护的技术使用者：福州高意光学有限公司
技术研发日：2016.09.27
技术公布日：2018.04.03