本实用新型专利技术提出了一种用于酸性检测的尼罗红染料激光器，由激光泵浦源、光学系统和染料激光谐振腔组成，激光光源为Nd：YAG固体激光器，泵浦源发出的光经过倍频晶体照射到由半波片和偏振片构成的能量调节系统上，第一全反镜和第二全反镜为相同的激光二向色镜，将1064nm的泵浦光透射出去，532nm的倍频光则反射回来作为染料激光谐振腔的直接泵浦光，聚焦透镜与小孔光阑作为入射泵浦光的整形系统，染料激光谐振腔包括平面二向色镜、装有尼罗红溶液的石英比色皿以及输出耦合镜，平面二向色镜位于小孔光阑后方10mm，石英比色皿位于平面二向色镜后方15mm，距离后方的输出耦合镜10mm。在生物化学检测、激光化学、激光光谱技术等领域有着广泛的应用前景。
A Nile red dye laser for acid detection
【技术实现步骤摘要】
一种用于酸性检测的尼罗红染料激光器
本技术涉及一种染料激光器，具体为一种用于酸性检测的尼罗红的染料激光器。
技术介绍
激光问世50多年来，由于其相干性好，方向性好，亮度高等优点，已经广泛应用于激光通信、光谱学、光学成像、生物化学检测等领域。近年来，有机染料激光器以其结构简单、操作方便、材料多样、宽荧光谱等优点，引起了众多学者和科学家的关注和研究。在染料激光器的研究中，可作为激光增益介质的染料是研究的热点之一。有机染料能否作为激光增益介质取决于其能级结构和化学性质。目前最常用的激光染料有香豆素、黄嘌呤、吡咯烷酮等，这些染料具有较高的荧光发光强度，是获得激光增益的必要条件之一。近年来，用于传感或检测的光学系统正在越来越受到大众的青睐，其中针对酸雨的检测是科学家们关注的重点之一。酸雨是一种危险的全球范围的污染物，其危害性是不言而喻的。科学家们对于实时检测酸雨中的硫酸或者硝酸含量，具有极大的研究热情。目前使用最广泛的是酸性指示剂，它具有轻便、便携的优点。然而这种酸性指示剂易受烟雾、丙酮、汽油等其他干扰物的影响，检测结果不准确。此外这种酸性指示剂的原理是基于荧光检测的，光谱范围较宽，检测结果灵敏度不高。尼罗红是作为一种苯并噁嗪族的激光染料，具有极好的溶剂化显色特性，即在大量有机溶剂和疏水性脂质中荧光强度高，然而在水中或机型较低的溶剂中，荧光完全淬灭。这种良好的溶剂化显色特性意味着尼罗红可以作为荧光疏水探针，广泛应用在各种光化学检测场合。
技术实现思路
本技术的目的是采用一种新型的激光染料——尼罗红，设计出一种用于酸性检测的尼罗红染料激光器。本技术采用的技术方案为：一种用于酸性检测的尼罗红染料激光器，包括激光泵浦源、光学系统和染料激光谐振腔。其中激光光源1为Nd：YAG固体激光器，泵浦源发出的光经过倍频晶体2照射到由半波片3和偏振片4构成的能量调节系统上。第一全反镜5和第二全反镜6为相同的激光二向色镜，将1064nm的泵浦光透射出去，532nm的倍频光则反射回来作为染料激光谐振腔的直接泵浦光。聚焦透镜7与小孔光阑8作为入射泵浦光的整形系统。染料激光谐振腔包括平面二向色镜9、装有尼罗红溶液的石英比色皿10以及输出耦合镜11。平面二向色镜9位于小孔光阑8后方10mm，石英比色皿10位于平面二向色镜9后方15mm，距离后方的输出耦合镜10mm。最后输出激光接入光谱仪12进行分析。其中，实验中用到的荧光/激光材料为尼罗红，分子式为C20H18N2O2，所用有机溶剂为乙醇(C2H5OH)，乙醇净含量GC≥99.5％。尼罗红在乙醇溶剂中的浓度值为60μg/mL。其中，所用激光光源1为Nd:YAG固体激光器，输出激光波长为1064nm；倍频晶体2为磷酸钛氧钾(KTP)晶体。其中，第一全反镜5与第二全反镜6为相同的激光二向色镜，通过表面镀膜使其在1064nm具有高透(T>99％)且在532nm具有高反(R>99％)。其中，聚焦透7为普通的K9玻璃，焦距为100mm；小孔光阑8通光口经为5mm。其中，激光谐振腔由平面二向色镜9、装有尼罗红溶液的石英比色皿10以及输出耦合镜11组成。镀膜的平面二向色镜9在532nm处高透(T＝90％)，在560nm到700nm处高反(R＝90％)。石英比色皿10盛装用于酸性检测的尼罗红有机溶液，所用玻璃材料为普通光学石英玻璃，光程5mm，前后两光学面在可见光范围内透射率超过99.5％。输出耦合镜11表面镀膜，在400nm至700nm范围内反射率为85％。其中，实验中采用的酸性环境提供者为非挥发酸的代表——硫酸(H2SO4)，将其按不同质量分数配成乙醇为溶质的稀溶液，浓度从0ppm至500ppm，将不同浓度下的硫酸/乙醇溶液与尼罗红溶液混合，即可连续改变溶液体系的酸性。其中，为实现扩大酸性检测范围的目的，可以采用串联比色皿的方法，具体实现方法为：将单比色皿换成双层串联的石英比色皿，其中前腔装有60μg/mL的若丹明6G的乙醇溶液，后腔装有60μg/mL的尼罗红乙醇溶液。通过测量0ppm至500ppm不同浓度下的硫酸/乙醇溶液的激光光谱，达到扩大酸性检测范围的目的。本技术具有以下优点：1.利用尼罗红有机溶液的溶剂化显色特点，制成可用于酸性检测的染料激光系统。2.摈弃以前的荧光检测技术，采用激光光谱检测技术，使检测灵敏度更高，结果更准确。3.为了消除系统中时间不稳定性的问题，并且扩大检测范围，采用新型的串联比色皿结构，利用尼罗红/乙醇溶液和若丹明/乙醇溶液的混合染料激光体系，使得酸性检测范围增大，且在低酸浓度下的检测可以通过激光峰位置与“比例激光”双峰相对强度共同得到。4.整体结构简单，操作容易，成本较低。附图说明图1是本技术专利中实现酸性检测的尼罗红染料激光器的光路图；图2是实施例1中60μg/mL尼罗红乙醇溶液中不同浓度硫酸环境下的输出激光光谱；图3是实施例2中200μg/mL尼罗红乙醇溶液中不同浓度硫酸环境下的输出激光光谱；图4是实施例2中不同酸性环境下波长随时间的不稳定性；图5是实施例4中采用尼罗红乙醇溶液和若丹明乙醇溶液的串联比色皿方法实现酸性检测的光路图；图6是实施例4中在高酸性环境下(10ppm～500ppm)的检测输出光谱图；图7是实施例4中在低酸性环境下(0ppm～10ppm)的检测输出光谱图。图中：激光光源1，倍频晶体2，半波片3，偏振片4，第一全反镜5，第二全反镜6，聚焦透镜7，小孔光阑8，平面二向色镜9，石英比色皿10，耦合镜11，光谱仪12，双层串联石英比色皿13。具体实施方式下面结合附图对本技术的具体实施例进行详细说明。实施例1：图1所示是本技术专利中实现酸性检测的尼罗红染料激光器的光路图。这个系统包括激光泵浦源、光学系统和染料激光谐振腔。其中激光光源1为Nd：YAG固体激光器，泵浦源发出的光经过倍频晶体2照射到由半波片3和偏振片4构成的能量调节系统上。第一全反镜5和第二全反镜6为相同的激光二向色镜，将1064nm的泵浦光透射出去，532nm的倍频光则反射回来作为染料激光谐振腔的直接泵浦光。聚焦透镜7与小孔光阑8作为入射泵浦光的整形系统。聚焦透镜7为普通的K9玻璃，焦距为100mm；小孔光阑8通光口经为5mm。染料激光谐振腔包括平面二向色镜9、装有尼罗红溶液的石英比色皿10以及输出耦合镜11。平面二向色镜9位于小孔光阑8后方10mm，石英比色皿10位于平面二向色镜9后方15mm，与后方的输出耦合镜11距离为10mm。最后输出激光接入光谱仪12进行分析。其中，第一全反镜5与第二全反镜6为相同的激光二向色镜，通过表面镀膜使其在1064nm具有高透(T>99％)且在532nm具有高反(R>99％)。激光谐振腔部分由平面二向色镜9、装有尼罗红溶液的石英比色皿10以及输出耦合镜11组成。镀膜的平面二向色镜9在532nm处高透本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于酸性检测的尼罗红染料激光器，其特征在于：由激光泵浦源、光学系统和染料激光谐振腔组成，其中激光光源(1)为Nd：YAG固体激光器，泵浦源发出的光经过倍频晶体(2)照射到由半波片(3)和偏振片(4)构成的能量调节系统上，第一全反镜(5)和第二全反镜(6)为相同的激光二向色镜，将1064nm的泵浦光透射出去，532nm的倍频光则反射回来作为染料激光谐振腔的直接泵浦光，聚焦透镜(7)与小孔光阑(8)作为入射泵浦光的整形系统，染料激光谐振腔包括平面二向色镜(9)、装有尼罗红溶液的石英比色皿(10)以及输出耦合镜(11)，平面二向色镜(9)位于小孔光阑(8)后方10mm，石英比色皿(10)位于平面二向色镜(9)后方15mm，距离后方的输出耦合镜(11)10mm，最后输出激光接入光谱仪(12)进行分析。/n
【技术特征摘要】
1.一种用于酸性检测的尼罗红染料激光器，其特征在于：由激光泵浦源、光学系统和染料激光谐振腔组成，其中激光光源(1)为Nd：YAG固体激光器，泵浦源发出的光经过倍频晶体(2)照射到由半波片(3)和偏振片(4)构成的能量调节系统上，第一全反镜(5)和第二全反镜(6)为相同的激光二向色镜，将1064nm的泵浦光透射出去，532nm的倍频光则反射回来作为染料激光谐振腔的直接泵浦光，聚焦透镜(7)与小孔光阑(8)作为入射泵浦光的整形系统，染料激光谐振腔包括平面二向色镜(9)、装有尼罗红溶液的石英比色皿(10)以及输出耦合镜(11)，平面二向色镜(9)位于小孔光阑(8)后方10mm，石英比色皿(10)位于平面二向色镜(9)后方15mm，距离后方的输出耦合镜(11)10mm，最后输出激光接入光谱仪(12)进行分析。
2.根据权利要求1所述的一种用于酸性检测的尼罗红染料激光器，其特征在于：实验中用到的荧光/激光材料为尼罗红，分子式为C20H18N2O2，所用有机溶剂为乙醇(C2H5OH)，乙醇净含量GC≥99.5％。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于酸性检测的尼罗红染料激光器，其特征在于，尼罗红在乙醇溶剂中的浓度值为60μg/mL。
4.根据权利要求1所述的一种用于酸性检测的尼罗红染料激光器，其特征在于：所用激光光源(1)为Nd:YAG固体激光器，输出激光波长为1064nm；倍频晶体(2)为磷酸钛氧钾(KTP)晶体。
5.根据权利要求1所述的一种用于酸性检测的尼罗红染料激光器，其特征在于：第一全反镜(5)与第二全反镜(6)为相同的激光二向色镜，通过表面镀膜使其在106...
【专利技术属性】
技术研发人员：方昱玮，程军杰，王声波，董天浩，顾春，许立新，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：新型
国别省市：安徽;34
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