技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本
發(fā)明涉及一種外腔激光發(fā)射裝置，更具體的說(shuō)，涉及一種用于拉曼光譜儀熒光抑制的多波長(zhǎng)外腔激光發(fā)射裝置。
背景技術(shù)
[0002] 目前，拉曼光譜儀在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、毒品分析、
農(nóng)藥檢測(cè)等領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。然而，在對(duì)農(nóng)藥、毒品、爆炸物等進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中，拉曼光譜受到強(qiáng)熒光干擾。拉曼光強(qiáng)度遠(yuǎn)小于熒光強(qiáng)度以至于被熒光淹沒(méi)從而無(wú)法檢測(cè)到拉曼光譜。因此，為了能高效地檢測(cè)拉曼光譜必須抑制熒光。
[0003] 現(xiàn)階段，抑制熒光的方法有很多種，主要采用的是基線(xiàn)校正?；€(xiàn)校正即通過(guò)特定的
算法擬合出光譜圖中的熒光背景并將其扣除。由于存在擬合誤差，基線(xiàn)校正不適用于熒光背景比較復(fù)雜的情況，會(huì)存在一些人為失真。
[0004] 相較而言，現(xiàn)有的便攜式拉曼光譜儀采用的多波長(zhǎng)移頻激發(fā)法(SEDRS)能夠適應(yīng)在復(fù)雜的背景下有效抑制熒光。其依據(jù)的原理是：由于熒光波長(zhǎng)不會(huì)隨著激發(fā)光波長(zhǎng)改變而改變，拉曼光譜峰卻會(huì)發(fā)生明顯的位移。因此，用兩個(gè)波長(zhǎng)相差微小(一長(zhǎng)一短)的光分別激發(fā)樣品獲得兩組帶有熒光背景的拉曼光譜(同一圖中)，如圖1所示；再將兩組帶有熒光背景的拉曼光譜進(jìn)行差分即可消除熒光，得到具有“一正一負(fù)”的差值拉曼光譜，如圖2所示。最后，利用相關(guān)算法復(fù)原拉曼光譜。
[0005] 多波長(zhǎng)移頻激發(fā)法的關(guān)鍵在于產(chǎn)生多波長(zhǎng)拉曼激發(fā)
光源。以雙波長(zhǎng)拉曼激發(fā)光源為例，目前此類(lèi)光源主要采用可調(diào)諧外腔
半導(dǎo)體激光器，其利用光柵作為反饋元件，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)光柵實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)調(diào)諧。如圖3所示為目前常見(jiàn)的可調(diào)諧外腔半導(dǎo)體激光器示意圖，其中激光
二極管1輸出的光經(jīng)過(guò)
準(zhǔn)直透鏡2入射至光柵3上，一級(jí)衍射光反射回
激光二極管1中參與模式競(jìng)爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)單縱模輸出；繞預(yù)定
支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)光柵3一定
角度δ，使得入射光的衍射角從圖中θ1變?yōu)棣?，根據(jù)光柵衍射公式“2d·sinθ＝m·λ”，可知相應(yīng)的輸出波長(zhǎng)λ也發(fā)生了變化。
[0006] 改變一級(jí)衍射光波長(zhǎng)即可實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)調(diào)節(jié)。由于存在機(jī)械移動(dòng)部件(光柵3的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu))，該方案具有調(diào)諧結(jié)構(gòu)復(fù)雜，
穩(wěn)定性差，輸出波長(zhǎng)重復(fù)性弱、多波長(zhǎng)切換
精度低，調(diào)節(jié)繁瑣等缺點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
[0007] 本發(fā)明目的是：提供一種用于拉曼光譜儀熒光抑制的多波長(zhǎng)外腔激光發(fā)射裝置，其基于移頻激發(fā)原理，能夠克服已知激光發(fā)射裝置調(diào)諧結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定性差，輸出波長(zhǎng)重復(fù)性弱、多波長(zhǎng)切換調(diào)節(jié)不便的缺點(diǎn)。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種用于拉曼光譜儀熒光抑制的多波長(zhǎng)外腔激光發(fā)射裝置，其特征在于包括：
[0009] 準(zhǔn)直激光發(fā)射組，其包括二個(gè)以上的準(zhǔn)直激光發(fā)射裝置，每個(gè)準(zhǔn)直激光發(fā)射裝置均包含一激光二極管和一
準(zhǔn)直透鏡，且相鄰兩個(gè)準(zhǔn)直激光發(fā)射裝置發(fā)出的準(zhǔn)直光束之間預(yù)設(shè)有夾角δ；
[0010] 光柵，其布置于前述各準(zhǔn)直激光發(fā)射裝置的準(zhǔn)直光束出射路徑上構(gòu)成外腔，各準(zhǔn)直光束經(jīng)該光柵衍射后以不同衍射角形成直接出射的輸出光束，以及沿原路返回相應(yīng)激光二極管內(nèi)部參與
諧振腔內(nèi)部模式競(jìng)爭(zhēng)的衍射光束；
[0011] 光纖合路輸出裝置，包括光纖耦合透鏡和光纖合路器，所述光纖耦合透鏡用于將經(jīng)由前述光柵出射的輸出光束匯聚至光纖合路器進(jìn)行波長(zhǎng)輸出；
[0012]
控制器，包含連接并驅(qū)動(dòng)各激光二極管獨(dú)立通斷的電源切換
電路。
[0013] 進(jìn)一步的，本發(fā)明中所述光柵優(yōu)選為閃耀光柵，各準(zhǔn)直光束經(jīng)該光柵衍射后均可形成直接出射的零級(jí)反射光，以及沿原路返回相應(yīng)激光二極管內(nèi)部參與諧振腔內(nèi)部模式競(jìng)爭(zhēng)的一級(jí)衍射光。
[0014] 進(jìn)一步的，本發(fā)明中所述夾角δ滿(mǎn)足：0°＜δ＜10°。
[0015] 更進(jìn)一步的，本發(fā)明中所述夾角δ為1°或2°。
[0016] 進(jìn)一步的，本發(fā)明中所述光纖耦合透鏡的數(shù)量與激光二極管的數(shù)量一致，且每個(gè)光纖耦合透鏡均對(duì)應(yīng)一路所述光柵的輸出光束。
[0017] 本發(fā)明中涉及的連接并驅(qū)動(dòng)各激光二極管獨(dú)立通斷的電源切換電路是本領(lǐng)域技術(shù)人員均可實(shí)現(xiàn)的已知技術(shù)。
[0018] 本發(fā)明的工作原理如下：
[0019] 激光二極管和前端的準(zhǔn)直透鏡確保準(zhǔn)直光束的產(chǎn)生。相對(duì)于光柵而言，各激光二極管均是按預(yù)設(shè)的角度和入射方位排布，每相鄰兩個(gè)激光二極管經(jīng)準(zhǔn)直透鏡射出的準(zhǔn)直光束之間均存在夾角δ，而夾角δ的存在保證了各準(zhǔn)直光束經(jīng)光柵衍射后具有不同的衍射角θ。根據(jù)光柵衍射公式“2d·sinθ＝m·λ”，可知當(dāng)各準(zhǔn)直光束的衍射角θ不同時(shí)，其輸出波長(zhǎng)也不同。
[0020] 本案中各激光二極管是預(yù)先固定的，對(duì)于不同波長(zhǎng)輸出的切換是依靠控制器內(nèi)的電源切換電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)電路的切換使得各激光二極管獨(dú)立通斷，完成各自的波長(zhǎng)輸出。當(dāng)然本案只是拉曼光譜儀的前端激光發(fā)射裝置，各激光二極管經(jīng)光柵衍射產(chǎn)生的波長(zhǎng)不等的輸出光束由光纖合路器收集后，分別激發(fā)樣品以獲得(由拉曼光譜儀內(nèi)部的感應(yīng)器檢測(cè))多組熒光背景的拉曼光譜，再通過(guò)處理器差分運(yùn)算最終合成出熒光抑制良好的復(fù)原拉曼光譜。
[0021] 本發(fā)明通過(guò)合理調(diào)節(jié)兩個(gè)準(zhǔn)直激光發(fā)射裝置(激光二極管和準(zhǔn)直透鏡)的布局角度和入射方位，即改變?chǔ)慕蔷湍軌驅(qū)崿F(xiàn)最終輸出波長(zhǎng)的調(diào)諧。
[0022] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：
[0023] 本發(fā)明旨在提供一種無(wú)機(jī)械調(diào)節(jié)部件的結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)固、輸出波長(zhǎng)更加穩(wěn)定，且操作更加簡(jiǎn)單方便的用于拉曼光譜熒光抑制的多波長(zhǎng)外腔激光發(fā)射裝置。本發(fā)明相比現(xiàn)有的利用轉(zhuǎn)動(dòng)式光柵(機(jī)械調(diào)節(jié)部件)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)調(diào)諧的外腔半導(dǎo)體激光器而言，其具有如下優(yōu)勢(shì)：
[0024] 1)通過(guò)電源切換電路控制實(shí)現(xiàn)不同輸出波長(zhǎng)的切換，無(wú)機(jī)械調(diào)節(jié)部件即無(wú)需轉(zhuǎn)動(dòng)光柵，消除了機(jī)械調(diào)節(jié)的不可靠性和可能引入的誤差，使得調(diào)諧結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單穩(wěn)固，保證了輸出波長(zhǎng)的高穩(wěn)定性，實(shí)際操作時(shí)波長(zhǎng)輸出的重復(fù)性強(qiáng)，能夠大大提高調(diào)諧精度；
[0025] 2)通過(guò)電源切換電路控制實(shí)現(xiàn)不同輸出波長(zhǎng)的切換，可方便、快速切換波長(zhǎng)，操作更加簡(jiǎn)單，能夠節(jié)約工作時(shí)間，提高工作效率；
[0026] 3)通過(guò)光柵外腔反饋實(shí)現(xiàn)單縱模輸出，線(xiàn)寬＜0.2nm。
[0027] 4)本發(fā)明使用同一
塊光柵給多個(gè)激光二極管做反饋，而不是一個(gè)光柵對(duì)應(yīng)一個(gè)激光二極管，故反饋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠節(jié)約制造成本。
附圖說(shuō)明
[0028] 下面結(jié)合附圖及
實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：
[0029] 圖1為兩組波長(zhǎng)的激發(fā)光未差分前的原始拉曼光譜示意圖；
[0030] (圖中實(shí)線(xiàn)為短波長(zhǎng)激發(fā)拉曼曲線(xiàn)，虛線(xiàn)為長(zhǎng)波長(zhǎng)激發(fā)拉曼曲線(xiàn))
[0031] 圖2為圖1中兩組波長(zhǎng)的激發(fā)光經(jīng)差分后獲得的差分拉曼光譜圖；
[0032] 圖3為現(xiàn)有的可調(diào)諧外腔半導(dǎo)體激光器示意圖；
[0033] 圖4為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖：
[0034] 圖中：1、激光二極管；2、準(zhǔn)直透鏡；3、光柵；4、光纖耦合透鏡；5、光纖合路器；6、控制器。
具體實(shí)施方式
[0035] 實(shí)施例：結(jié)合圖4所示為本發(fā)明用于拉曼光譜儀熒光抑制的多波長(zhǎng)外腔激光發(fā)射裝置的一種具體實(shí)施例，具體的說(shuō)它是一種雙波長(zhǎng)外腔激光發(fā)射裝置，由準(zhǔn)直激光發(fā)射組、光柵、光纖合路輸出裝置和控制器共同組成。
[0036] 本實(shí)施例中的準(zhǔn)直激光發(fā)射組由二個(gè)準(zhǔn)直激光發(fā)射裝置組成，每個(gè)準(zhǔn)直激光發(fā)射裝置均由一激光二極管1和一設(shè)置在激光二極管1前端的準(zhǔn)直透鏡2構(gòu)成，且相鄰兩個(gè)準(zhǔn)直激光發(fā)射裝置發(fā)出的準(zhǔn)直光束之間預(yù)設(shè)有夾角δ，0°＜δ＜10°，通常設(shè)置為1°或2°。
[0037] 本實(shí)施例中所述光柵3采用的是反射式衍射的閃耀光柵，其布置于前述兩個(gè)準(zhǔn)直激光發(fā)射裝置的準(zhǔn)直光束出射路徑上構(gòu)成外腔，各準(zhǔn)直光束經(jīng)該光柵3衍射后以不同衍射角形成直接出射的零級(jí)反射光，以及沿原路返回相應(yīng)激光二極管1內(nèi)部參與諧振腔內(nèi)部模式競(jìng)爭(zhēng)的一級(jí)衍射光。
[0038] 本實(shí)施例中所述光纖合路輸出裝置由光纖耦合透鏡4和光纖合路器5構(gòu)成，所述光纖耦合透鏡4用于將經(jīng)由前述光柵3出射的零級(jí)反射光束匯聚至光纖合路器5(Y型光纖)進(jìn)行波長(zhǎng)輸出；所述光纖耦合透鏡4的數(shù)量也為兩個(gè)，每個(gè)光纖耦合透鏡4均對(duì)應(yīng)一路所述光柵3的零級(jí)反射光束。
[0039] 本實(shí)施例中所述控制器6內(nèi)部設(shè)有連接并驅(qū)動(dòng)各激光二極管1獨(dú)立通斷的電源切換電路。
[0040] 本發(fā)明的工作原理如下：
[0041] 激光二極管1和前端的準(zhǔn)直透鏡2確保準(zhǔn)直光束的產(chǎn)生。相對(duì)于光柵3而言，各激光二極管1均是按預(yù)設(shè)的角度和入射方位排布，本實(shí)施例中相鄰兩個(gè)激光二極管1經(jīng)準(zhǔn)直透鏡2射出的準(zhǔn)直光束之間存在夾角δ，而夾角δ的存在保證了各準(zhǔn)直光束經(jīng)光柵3衍射后具有不同的衍射角θ，即圖4中θ1和θ2，根據(jù)光柵衍射公式“2d·sinθ＝m·λ”，可知當(dāng)各準(zhǔn)直光束的衍射角θ不同時(shí)，其輸出波長(zhǎng)λ也不同。
[0042] 本案中各激光二極管1是預(yù)先固定的，對(duì)于不同波長(zhǎng)輸出的切換是依靠控制器6內(nèi)的電源切換電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)電路的切換使得各激光二極管1獨(dú)立通斷，完成各自的波長(zhǎng)輸出。當(dāng)然本案只是拉曼光譜儀的前端激光發(fā)射裝置，各激光二極管1經(jīng)光柵3衍射產(chǎn)生的波長(zhǎng)不等的輸出光束由光纖合路器5收集后，分別激發(fā)樣品以獲得(由拉曼光譜儀內(nèi)部的感應(yīng)器檢測(cè))兩組熒光背景的拉曼光譜(可參見(jiàn)圖1所示)，最后通過(guò)處理器差分運(yùn)算合成獲得熒光抑制良好的拉曼光譜(可參見(jiàn)圖2所示)。
[0043] 本發(fā)明通過(guò)合理調(diào)節(jié)兩個(gè)準(zhǔn)直激光發(fā)射裝置(激光二極管1和準(zhǔn)直透鏡2)的布局角度和入射方位，即改變?chǔ)慕蔷湍軌驅(qū)崿F(xiàn)最終輸出波長(zhǎng)的調(diào)諧。
[0044] 當(dāng)然上述實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明主要技術(shù)方案的精神實(shí)質(zhì)所做的修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
