4到10 6倍，因此可对极微量浓度的M2分子进行检测；
[0043](10)重复步骤9，选择AOTF 20的工作波长λ3= λ产2 Λ λ。检测对象23的测试点22处物质分子组成中，对应共振拉曼激发波长为四分之一 λ3(即180.50nm)的％分子由于共振拉曼效应，其特征斯托克斯拉曼谱线的强度将增强14到10 6倍，因此可对极微量浓度的M3分子进行检测；
[0044](11)不断重复步骤10，直至选择AOTF 20的扫频截止工作波长λ N =λ !+(N-1) Δ λ，在本实施例中选λΝ= 1200nm。同理，检测对象23的测试点22处物质分子组成中，对应共振拉曼激发波长为四分之一 λΝ (即300nm)的仏分子由于共振拉曼效应，其特征斯托克斯拉曼谱线的强度将增强14到10 6倍，因此可对极微量浓度的Mn分子进行检测。
【主权项】
1.一种基于小型紫外扫频激光的共振拉曼光谱探测系统，它包括小型紫外扫频激光器和主控制器及数据分析系统，其特征在于: 所述的小型紫外扫频激光器由脉冲半导体激光器组件、光纤激光器组件以及紫外扫频光学组件组成，其中: 产生泵浦光纤激光器组件(9)的脉冲种子激光的脉冲半导体激光器组件(I)包含FPGA脉冲发生器(33)、脉冲整形及功率放大电路(34)、半导体激光器驱动电路(2)、光纤耦合器(6)、第一偏振控制器(7)及光隔离器(8);其中半导体激光器驱动电路(2)由场效应管驱动芯片(3)、高速大功率场效应管(4)、激光二极管放电回路(5)组成； 所述的光纤激光器组件(9)包含半导体激光器(28)、光耦合器(26)、环形腔(29)、第一负GVD光纤(10)、第一波分复用器(11)、掺镱光纤放大器(12)、第二波分复用器(13)、第二负GVD光纤(14)、第二偏振控制器(15)、第三偏振控制器(30)、法拉第光隔离器(31)及第四偏振控制器(32)，用于对脉冲半导体激光器组件(I)传送过来的脉冲种子激光进行功率放大及脉冲锁模压缩； 所述的紫外扫频光学组件(16)包含PCF耦合器(17)、PCF (18)、PCF输出接口(19)、AOTF(20)及倍频聚焦模块(21)，用于先产生超连续谱脉冲激光，然后扫频并倍频至紫外段，实现紫外扫频脉冲激光聚焦输出。 所述的主控制器及数据分析系统(27)，含有执行控制的硬件电路及数据分析软件，用于控制上述AOTF (20)、半导体激光器(28)、FPGA脉冲发生器(33)及紫外拉曼光谱仪(25)，并接收紫外拉曼光谱仪(25)的输出光谱信号进行光谱数据分析。
2.一种基于权利要求1所述基于小型紫外扫频激光的共振拉曼光谱探测系统的共振拉曼测试方法，其特征在于包括以下步骤: 1)主控制器及数据分析系统发出第一个控制指令用于启动A0TF，并选择扫频起始工作波长λ I； 2)主控制器及数据分析系统发出第二个控制指令用于设定FPGA脉冲发生器的脉冲频率并使之启动工作； 3)主控制器及数据分析系统发出第三个控制指令用于启动半导体激光器； 4)FPGA脉冲发生器发出的频率为80MHz的电脉冲经脉冲整形及功率放大电路首先进行脉冲整形，调节高电平占空比，形成纳秒级的频率为80MHz的电脉冲，然后进行功率放大后，送入半导体激光器驱动电路中的场效应管驱动芯片的控制引脚，场效应管驱动芯片的输出引脚产生频率为80MHz的纳秒级脉冲信号用于控制高速大功率场效应管的导通和截止，用于控制激光二极管放电回路的充放电，使激光二极管放电回路中的激光二极管产生重频为80MHz的纳秒级脉冲种子激光；该脉冲种子激光经光纤耦合器耦合进光纤中，再经第一偏振控制器及光隔离器传输进入光纤激光器组件；第一偏振控制器及光隔离器的作用是消除光纤激光器组件可能产生的回波干扰； 5)光纤激光器组件中的半导体激光器，发射的连续泵浦激光束经过光耦合器两等分后以两个方向进入环形腔，分别经过第一波分复用器与第二波分复用器之后，从两个方向泵浦掺镱光纤放大器；脉冲半导体激光器组件输出的纳秒级脉冲种子激光经过掺镱光纤放大器进行功率放大，同时该纳秒级脉冲激光先经过第一负GVD光纤，脉冲得到了压缩，由于掺镱光纤放大器具有正GVD，所以该纳秒脉冲经过了拉伸，再经过第二负GVD光纤后，脉冲得到了再次压缩，在环形腔内进行啁啾(chirp)补偿。第三偏振控制器、法拉第光隔离器及第四偏振控制器组成一个共振器，利用非线性偏振旋转效应，当一个脉冲的两个正交偏振分量在光纤中传输时；由于自相位调制和互相位调制效应引起的强度依赖的偏振态变化可以形成等效可饱和吸收体，其物理机制与克尔光闸相类似，利用光纤中的非线性双折射效应，基于非线性双折射光纤中的自锁模机制产生超短飞秒级激光脉冲，并使环形腔中的激光沿单向传输，通过第二偏振控制器输出至紫外扫频光学组件； 6)光纤激光器组件输出的飞秒级激光脉冲通过PCF耦合器进入PCF后，形成超连续谱脉冲激光； 7)该超连续谱脉冲激光经过AOTF后，得到波长为A1的飞秒级脉冲激光；倍频聚焦模块中包含两个倍频晶体可实现四倍频，及聚焦光学结构可实现紫外激光的聚焦；WA0TF输出的飞秒级脉冲激光进入倍频聚焦模块后，形成波长为四分之一 重频为80MHz的飞秒级脉冲激光，经聚焦光学结构聚焦至检测对象的测试点上； 8)主控制器及数据分析系统发出第四个控制指令启动紫外拉曼光谱仪，测试点激发的拉曼信号经信号采集光学模块会聚耦合进入紫外拉曼光谱仪，经内部分光系统分光后被紫外光电传感器接收及光电转换，转换的电信号传送至主控制器及数据分析系统进行紫外拉曼光谱信号分析；检测对象的测试点处物质分子组成中，对应共振拉曼激发波长为四分之一 λ M i分子由于共振拉曼效应，其特征斯托克斯拉曼谱线的强度将增强10 4到10 6倍，因此可对极微量浓度的M1分子进行检测； 9)主控制器及数据分析系统发出控制指令选择AOTF的工作波长λ2=λ 1+Δ λ, Δ λ为扫频步长；WPCF输出的超连续谱脉冲激光经过AOTF后，得到波长为入2的飞秒级脉冲激光；进入倍频聚焦模块后，形成波长为四分之一入2的重频为80MHz的飞秒级脉冲激光，经聚焦光学结构聚焦至检测对象的测试点上；测试点激发的拉曼信号经信号采集光学模块会聚耦合进入紫外拉曼光谱仪，经内部分光系统分光后被紫外光电传感器接收及光电转换，转换的电信号传送至主控制器及数据分析系统进行紫外拉曼光谱信号分析；检测对象的测试点处物质分子组成中，对应共振拉曼激发波长为四分之一入2的M2分子由于共振拉曼效应，其特征斯托克斯拉曼谱线的强度将增强14到10 6倍，因此可对极微量浓度的M2分子进行检测； 10)重复步骤9，选择AOTF的工作波长λ3=λ i+2A λ ;检测对象的测试点处物质分子组成中，对应共振拉曼激发波长为四分之一 λ 3的M 3分子由于共振拉曼效应，其特征斯托克斯拉曼谱线的强度将增强14到10 6倍，因此可对极微量浓度的M3分子进行检测； 11)不断重复步骤10，直至选择AOTF扫频截止工作波长λΝ=λ !+(N-1) Δ λ，在本实施例中选λ N= 1200nm ;同理，检测对象的测试点处物质分子组成中，对应共振拉曼激发波长为四分之一 λ N，即300nm的仏分子由于共振拉曼效应，其特征斯托克斯拉曼谱线的强度将增强14到10 6倍，因此可对极微量浓度的M1^子进行检测。
【专利摘要】本发明公开了一种基于小型紫外扫频激光的共振拉曼光谱探测系统及方法。该系统包括小型紫外扫频激光器和主控制器及数据分析系统。其中小型紫外扫频激光器由脉冲半导体激光器组件、光纤激光器组件以及紫外扫频光学组件组成。检测对象的测试点处物质分子组成中，对应共振拉曼激发波长为紫外扫频波长的分子由于共振拉曼效应，其特征斯托克斯拉曼谱线的强度将增强数万至数百万倍，因此可对样品极微量浓度的多种分子进行检测。本发明的有益效果是，采用了电子光纤一体化结构，实现了紫外扫频激光源的小型化；采用声光可调滤波器，实现了紫外激光频率的快速调节；紫外扫频共振拉曼方法，在消除荧光干扰的同时，通过快速扫频实现样品多种分子的共振拉曼高灵敏度探测。
【IPC分类】G01N21-65, G01J3-44
【公开号】CN104849257
【申请号】CN201510295751
【发明人】万雄, 刘鹏希, 章婷婷, 况耀武
【申请人】中国科学院上海技术物理研究所
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年6月2日