基于多步激发244nm激光增强拉曼效应的方法技术

本发明专利技术涉及激光检测技术领域,提出一种基于多步激发244nm激光增强拉曼效应的方法，包括如下步骤：输出244nm激光；244nm激光经分束镜分成两束激光，其中一束激光束L1经第一聚焦镜沿竖直方向聚焦到待测样品池；另一束激光束L2经第一反射镜和第二反射镜反射后水平传输到第二聚焦镜，另一束激光束L2经经二色镜沿水平方向聚焦到待测样品池；一束激光束L1和另一束激光束L2正交聚焦到待测样品池的待测微粒上产生增强的斯托克斯拉曼散射光，增强的斯托克斯拉曼散射光经过二色镜反射和收集透镜收集后传输到光谱仪；通过分析斯托克斯拉曼散射光在光谱仪的光谱数据，确定待测物体的成分。确定待测物体的成分。确定待测物体的成分。

【技术实现步骤摘要】
基于多步激发244nm激光增强拉曼效应的方法


[0001]本专利技术涉及激光检测
，特别涉及一种基于多步激发244nm激光增强拉曼效应的方法。

技术介绍

[0002]利用拉曼频移对物质进行检测是激光光谱检测中的常规方法，在现有的检测方法中，由于拉曼频移后的光谱强度不够，导致光谱仪对拉曼频移后散射光响应不灵敏，影响了光谱仪检测的准确性。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了解决光学检测中拉曼效应强度不够的技术问题，而提出了一种基于多步激发244nm增强拉曼效应的方法，具体包括：本专利技术提出了一种基于多步激发244nm增强拉曼效应的方法，包括如下步骤：激光源通过连续多步激发输出244nm窄线宽紫外激光；所述244nm窄线宽紫外激光经分束镜分成两束激光，其中一束激光束L1经第一聚焦镜沿竖直方向聚焦到待测样品池；另一束激光束L2经第一反射镜和第二反射镜反射后水平传输到第二聚焦镜，所述另一束激光束L2经所述第二聚焦镜沿水平方向聚焦到所述待测样品池，且所述一束激光束L1和所述另一束激光束L2正交；所述一束激光束L1和所述另一束激光束L2正交聚焦到所述待测样品池的待测微粒上产生增强的斯托克斯拉曼散射光，所述增强的斯托克斯拉曼散射光经过二色镜反射和收集透镜收集后传输到光谱仪；通过分析所述斯托克斯拉曼散射光在光谱仪的光谱数据，确定待测物体的成分。
[0004]在一些实施例中，激光源通过连续多步激发输出244nm窄线宽紫外激光，包括：泵浦光源发射出中心输出波长为800nm的连续波激光作为泵浦激光，泵浦激光经准直镜和第三聚焦镜传输聚焦到激光晶体的中心，激光晶体吸收泵浦激光后，激光晶体中处于基态4I
15/2
的Er
3+
吸收泵浦光子从低能级逐步跃迁到高能级2I
13/2
，随着2I
13/2
能级上Er
3+
逐渐增多，2I
13/2
能级的Er
3+
驰豫到2I
11/2
能级；平凹镜和平平镜构成中心输出波长为244nm激光器的谐振腔，其中平凹镜为中心输出波长为244nm激光器谐振腔的高反镜，平平镜为中心输出波长为244nm激光器的输出镜，随着泵浦激光能量不断注入，并在谐振腔作用下，2I
11/2
能级上Er
3+
逐渐增多，2I
11/2
能级实现粒子数反转，Er
3+
从2I
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能级跃迁到4I
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能级实现中心输出波长为244nm的激光输出；中心输出波长244nm的激光通过滤光片后形成窄线宽244nm激光。
[0005]在一些实施例中，所述激光晶体中处于基态4I
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的Er
3+
吸收泵浦光子从低能级逐步跃迁到高能级2I
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，随着2I
13/2
能级上Er
3+
逐渐增多，2I
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能级的Er
3+
驰豫到2I
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能级，包括：通过波长为800nm的泵浦光源激励Er:YLF晶体，使处于基态4I
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的Er
3+
第一次吸
也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。
[0018]应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0019]应当理解，尽管在本申请实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述，但这些不应限于这些术语。这些术语仅用来将区分开。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一也可以被称为第二，类似地，第二也可以被称为第一。
[0020]还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。
[0021]拉曼效应是指一定频率的激光照射到待检测物质表面时（待检测物质可以是气体、液体或固定），待检测物质表面中的分子与光子发生能量转移，振动态（例如：原子的摆动和扭动，化学键的摆动和振动）发生不同方式和程度的改变，然后散射出不同频率的光。散射光频率的变化决定于散射物质的特性，不同种类的原子团振动的方式是唯一的，因此可以产生与入射光频率有特定差值的散射光，其光谱就称为“指纹光谱”，可以通过光谱仪测量出该散射光的频差，就可以鉴别出组成物质的种类。
[0022]然而，现有检测方法中，要利用拉曼频移对物质进行检测，必须使得散射光具有足够的强度，以被光谱仪捕捉后能够形成明显的光谱图像，便于对光谱进行分析。为此，本专利技术提出了一种基于多步激发244nm增强拉曼效应的方法，具体如下：如图1所示，一种基于多步激发244nm增强拉曼效应的方法，包括如下方法步骤：步骤S1：激光源10通过连续多步激发输出244nm窄线宽紫外激光；步骤S2：所述244nm窄线宽紫外激光经分束镜20分成两束激光，其中一束激光束L1经第一聚焦镜30
‑
1沿竖直方向聚焦到待测样品池50；另一束激光束L2经第一反射镜40
‑
1和第二反射镜40
‑
2反射后水平传输到第二聚焦镜30
‑
2，所述另一束激光束L2经所述第二聚焦镜30
‑
2沿水平方向聚焦到所述待测样品池50，且所述一束激光束L1和所述另一束激光束L2正交；步骤S3：所述一束激光束L1和所述另一束激光束L2正交聚焦到所述待测样品池50的待测微粒上产生增强的斯托克斯拉曼散射光，所述增强的斯托克斯拉曼散射光经过二色镜60反射和收集透镜70收集后传输到光谱仪80；步骤S4：通过分析所述斯托克斯拉曼散射光在光谱仪（80）的光谱数据，确定待测物体的成分。
[0023]一方面，本专利技术通过选取深紫外波段244nm激光进行检测，从波长角度对拉曼效应强度进行了增强，由于拉曼散射强度与激发波长的四次方成反比,也就是说波长越短散射信号越强，因此，选择深紫外波段244nm激光进行检测，能够显著提高拉曼散射强度。另一方面，本专利技术通过设置两束正交的检测光对待检测物质进行检测，由于检测激光傍轴附近的拉曼效应最强，而两路正交的检测激光傍轴附近的拉曼效应会更强，通过使两路检测激光正交入射到待检测物质表面，从而进一步增强了待检测物质的拉曼散射效应，最终使得光
谱仪获得增强后的拉曼光谱，有利于通过拉曼效应对待检测物质进行检测。
[0024]相关技术中，实现紫外连续波段连续激光的输出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多步激发244nm激光增强拉曼效应的方法，其特征在于，包括如下步骤：激光源（10）通过连续多步激发输出244nm窄线宽紫外激光；所述244nm窄线宽紫外激光经分束镜（20）分成两束激光，其中一束激光束L1经第一聚焦镜（30
‑
1）沿竖直方向聚焦到待测样品池（50）；另一束激光束L2经第一反射镜（40
‑
1）和第二反射镜（40
‑
2）反射后水平传输到第二聚焦镜（30
‑
2），所述另一束激光束L2经二色镜（60）沿水平方向聚焦到所述待测样品池（50），且所述一束激光束L1和所述另一束激光束L2正交；所述一束激光束L1和所述另一束激光束L2正交聚焦到所述待测样品池（50）的待测微粒上产生增强的斯托克斯拉曼散射光，所述增强的斯托克斯拉曼散射光经过所述二色镜反射和收集透镜（70）收集后传输到光谱仪（80）；通过分析所述斯托克斯拉曼散射光在光谱仪（80）的光谱数据，确定待测物体的成分。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，激光源（10）通过连续多步激发输出244nm窄线宽紫外激光，包括：泵浦光源（1）发射出中心输出波长为800nm的连续波激光作为泵浦激光，泵浦激光经准直镜（2）和第三聚焦镜（3）传输聚焦到激光晶体（5）的中心，激光晶体（5）吸收泵浦激光后，激光晶体（5）中处于基态4I
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的Er
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吸收泵浦光子从低能级逐步跃迁到高能级2I
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，随着2I
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能级上Er
3+
逐渐增多，2I
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能级的Er
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驰豫到2I
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能级；平凹镜（4）和平平镜（6）构成中心输出波长为244nm激光器的谐振腔，其中平凹镜（4）为中心输出波长为244nm激光器谐振腔的高反镜，平平镜（6）为中心输出波长为244nm激光器的输出镜，随着泵浦激光能量不断注入，并在谐振腔作用下，2I
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能级上Er
3+
逐渐增多，2I
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能级实现粒子数反转，Er
3+
从2I
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能级跃迁到4I
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能级实现中心输出波长为244nm的激光输出；中心输出波长244nm的激光通过滤光片（7）后形成窄线宽244nm激光。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述激光晶体（5）中处于基态4I
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的Er
3+
吸收泵浦光子从低能级逐步跃迁到高能级2I
13/2
，随着2I
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能级上Er
3+
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【专利技术属性】
技术研发人员：潘世烈，李林军，段小明，申英杰，史宏声，
申请(专利权)人：中国科学院新疆理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：