高收集效率近共心腔拉曼系统技术方案

一种高收集效率近共心腔拉曼系统，包括：近共心腔；透镜组；光纤束，光纤束的一端为信号接收端，光纤束的另一端为信号输出端，光纤束包括有多根芯光纤，在信号接收端、全部的芯光纤分成至少两组、且各组中的芯光纤数量差不大于1，在信号接收端、同一组的芯光纤在横向上沿直线依次排列设置，在信号接收端、各组芯光纤在竖向上依次排列设置，在信号输出端、全部的芯光纤在横向上沿直线依次排列设置。对于近共心腔直线型拉曼系统，直线型排列光纤方式比传统的圆形排列光纤方式，信号强度大约提高了两倍，也就是说检测光信号的收集效率大幅增加。光纤束端面上芯光纤的排列方式可以有效地提高近共心腔直线型气体拉曼系统的拉曼信号的收集效率。收集效率。收集效率。

【技术实现步骤摘要】
高收集效率近共心腔拉曼系统


[0001]本技术涉及拉曼光谱气体分析
，更具体地说，特别涉及一种高收集效率近共心腔拉曼系统。

技术介绍

[0002]拉曼光谱分析可对样品进行无损伤定性定量检测，且能同时探测多组分物质组成。由于拉曼光谱分析具有检测快速、操作简单和检测可重复等特点，因此，近年来被广泛用于研究生物样品和化学化合物的组分分析。
[0003]拉曼光谱技术与气相色谱技术、红外光谱技术相比，探测灵敏度低是拉曼光谱的局限性，尤其在气体探测方面，由于气体分子间间隔大、密度小，导致其散射截面减小，光与物质相互作用时，发生拉曼散射的强度更小。虽然拉曼光谱技术存在上述问题，但是拉曼光谱技术作为一种快速便捷的光谱探测检测分析技术，仍然是不可替代的技术。因此，提高拉曼光谱技术探测灵敏度也成为了拉曼光谱技术发展必须解决的问题。
[0004]随着光谱技术的发展，技术人员也提出了多种能够提高拉曼光谱灵敏度的方法，其中比较常用的能够提高拉曼光谱技术探测灵敏度的方法主要有如下三种：共振拉曼光谱技术、表面增强拉曼光谱技术、腔增强拉曼光谱技术。对比拉曼光谱上述的三个增强方法，腔增强拉曼散射无需样品预处理，并可以对多组分进行同时探测，因此选用腔增强方法来提高拉曼光谱的灵敏度成为了主流的灵敏度增强方法。
[0005]在拉曼光谱技术中，多次反射腔有两种作用：第一、增加有效长度。通过近共心腔，使光在腔内来回反射增加光在样品中的传输距离，从而增加了物质对光的吸收，以此来提高灵敏度。第二、增加光强。对于散射光谱来说，主要是通过激光在腔内多次反射多次在某一点或某一区域聚焦，大大增加该区域的光强，从而提高散射强度。而拉曼光谱就是一种散射光谱，所以可以利用近共心腔来提高灵敏度。
[0006]近共心腔的原理主要是通过激光束在腔中心附近多次聚焦，增加了腔中心附近的激发光的强度，从而叠加了产生的拉曼信号，提高了信号强度。所以采用近共心腔的主要目的就是将多条光线在腔的中心附近聚集，当聚集的光线条数越多，形成的光斑大小越小且光在镜面上的反射损耗越小时，腔的增强效果也就越明显，提高信号强度的效果也就更加明显。
[0007]基于上述分析，在近共心腔中，通过调节两镜片(构成近共心腔的两个反射镜片)之间距离以及两镜片曲率中心的位置，可以在腔内形成多种多次反射模式，其中比较有代表性的是椭圆型和直线型，椭圆型就是在每个镜面上形成的光斑呈椭圆型排列，直线型就是光斑呈直线型排列。近共心腔直线型的信号强度最强，而且侧向收集系统中背景影响较弱，因此采用侧向收集近共心腔直线型系统。
[0008]另外，气体拉曼光谱系统最重要的部分即是信号的探测接收，增强拉曼信号的方法主要有两种思路：一是增强信号本身，二是提高接收装置的收集信号效率。对于增强信号本身多采用腔增强技术，对于接收装置端多采用光纤接收，而光纤端面的排列方式是影响
光纤接收效率的主要因素之一，传统的光纤端面的排列方式都采用圆形，因为接收的信号光光斑都类似于艾里斑(艾里斑是点光源通过衍射受限透镜成像时，由于衍射而在焦点处形成的光斑。中央是明亮的圆斑，周围有一组较弱的明暗相间的同心环状条纹，把其中以第一暗环为界限的中央亮斑称作艾里斑。)，因此，光纤端面采用圆形排列方式时接收效率最高。但是对于采用侧向收集的近共心腔直线型拉曼系统，从腔的侧面即信号收集处看，腔内激光光束在同一水平面上，呈现出一条直线型光束，并且，被收集的拉曼信号为光束的散射光，直线型光束的散射光也为直线型，因此侧向收集的信号光为直线型，此时采用圆形排列的光纤端面形式就不适用了。
[0009]对于接收端的光纤而言，其主要指标包括：光纤纤芯直径，光纤束中芯光纤根数，光纤的数值孔径，以及光纤的长度和光纤的端面排列方式等。光纤作为信号传输元件，在信号耦合入光纤时，光纤的芯径越大，则信号光越容易耦合进入光纤，耦合效率也越高。常规的光纤束为19芯光纤，在信号接收端芯光纤排列成圆形，在信号输出端芯光纤排列成单排线形。

技术实现思路

[0010](一)技术问题
[0011]综上所述，传统拉曼光谱技术存在以下技术问题：常规的光纤束为19芯光纤，在信号接收端芯光纤排列成圆形，在信号输出端排列成单排线形，而对于侧向收集的近共心腔直线型气体拉曼系统来说，传统圆形排列方式的光纤束对拉曼信号的收集效率较低。
[0012](二)技术方案
[0013]本技术提供了一种高收集效率近共心腔拉曼系统，该高收集效率近共心腔拉曼系统包括：
[0014]近共心腔，所述近共心腔包括有两个相对设置的近共心腔反射镜，由两个所述近共心腔反射镜对连续激光进行多次反射形成检测光平面；
[0015]透镜组，所述透镜组的一端为入射端、所述入射端朝向所述检测光平面设置，所述透镜组的另一端为出射端；
[0016]光纤束，所述光纤束的一端为信号接收端，所述光纤束的另一端为信号输出端，所述光纤束包括有多根芯光纤，在所述信号接收端、全部的所述芯光纤分成至少两组、且各组中的芯光纤数量差不大于1，在所述信号接收端、同一组的所述芯光纤在横向上沿直线依次排列设置，在所述信号接收端、各组所述芯光纤在竖向上依次排列设置，在所述信号输出端、全部的所述芯光纤在横向上沿直线依次排列设置。
[0017]优选地，在本技术所提供的高收集效率近共心腔拉曼系统中，所述光纤束为19芯光纤。
[0018]优选地，在本技术所提供的高收集效率近共心腔拉曼系统中，在所述信号接收端，所述芯光纤包括有两组，其中一组包括有9根芯光纤并形成上排光纤，其中另一组包括有10根芯光纤并形成下排光纤；所述上排光纤设置于所述下排光纤的上侧；所述上排光纤中包含的所述芯光纤设置在所述下排光纤中两个相邻所述芯光纤之间。
[0019]优选地，在本技术所提供的高收集效率近共心腔拉曼系统中，所述上排光纤与所述下排光纤形成梯形轮廓结构。
[0020]优选地，在本技术所提供的高收集效率近共心腔拉曼系统中，所述光纤束通过光纤法兰固定在所述透镜组的出射端上。
[0021]优选地，在本技术所提供的高收集效率近共心腔拉曼系统中，两个所述近共心腔反射镜的形心连线为共心腔轴线；所述透镜组全部透镜的形心连线为透镜组轴线；所述透镜组轴线与所述共心腔轴线共面设置，并且，所述透镜组轴线与所述共心腔轴线之间具有25
°‑
35
°
的夹角。
[0022]优选地，在本技术所提供的高收集效率近共心腔拉曼系统中，所述光纤束的信号输出端通过光纤法兰连接有光谱仪，所述光谱仪连接有电脑。
[0023](三)有益效果
[0024]在本技术中，本技术提供了一种高收集效率近共心腔拉曼系统，该高收集效率近共心腔拉曼系统包括：近共心腔，所述近共心腔包括有两个相对设置的近共心腔反射镜，由两个所述近共心腔反射镜对连续激光进行多次反射形成检测光平面；透镜组，所述透镜组的一端为入射端、所述入射端朝向所述检测光平面设置，所述透镜组的另本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高收集效率近共心腔拉曼系统，其特征在于，包括：近共心腔，所述近共心腔包括有两个相对设置的近共心腔反射镜(1)，由两个所述近共心腔反射镜对连续激光进行多次反射形成检测光平面；透镜组(2)，所述透镜组的一端为入射端、所述入射端朝向所述检测光平面设置，所述透镜组的另一端为出射端；光纤束(3)，所述光纤束的一端为信号接收端(31)，所述光纤束的另一端为信号输出端(32)，所述光纤束包括有多根芯光纤(4)，在所述信号接收端、全部的所述芯光纤分成至少两组、且各组中的芯光纤数量差不大于1，在所述信号接收端、同一组的所述芯光纤在横向上沿直线依次排列设置，在所述信号接收端、各组所述芯光纤在竖向上依次排列设置，在所述信号输出端、全部的所述芯光纤在横向上沿直线依次排列设置。2.根据权利要求1所述的高收集效率近共心腔拉曼系统，其特征在于，所述光纤束为19芯光纤。3.根据权利要求2所述的高收集效率近共心腔拉曼系统，其特征在于，在所述信号接收端，所述芯光纤包括有两组，其中一组包括有9根...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩建文，郭金家，杨德旺，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：新型
国别省市：