Layertec鏡片用于腔增強拉曼光譜氣體檢測

時間：2023-03-22

王品一等在他們發(fā)表的文章《注入鎖定腔增強拉曼光譜微量氣體檢測技術》中介紹了一種提高微量氣體拉曼散射強度的方法，以便較好地檢測氣體，有潛力替代傳統(tǒng)光譜方法成為新的氣體檢測方法。

拉曼光譜檢測技術因其對樣品的無損檢測以及*特殊準備等優(yōu)點被廣泛應用于生物，化學，工業(yè)等領域。在微量氣體檢測方面，由于氣體分子的拉曼散射截面積很小，所以為了增強拉曼散射的強度，采用增強腔的結構，通過利用F-P諧振腔的原理，提高腔內激光的強度和散射路徑，由此可以增強拉曼散射的強度和檢測靈敏度。

Layertec鏡片用于腔增強拉曼光譜氣體檢測的實驗基本原理

增強腔采用F-P腔結構，在一定條件下根據(jù)激光的干涉相長提高腔內的光場強度和散射的路徑長度，進而增強拉曼散射光的信號。光腔中任意一條傍軸光線在腔內往返多次你不會橫向射出腔外ia，會形成穩(wěn)定的自再現(xiàn)狀態(tài)，稱之為穩(wěn)定腔。但是實際實驗過程中，受激光的熱效應影響，腔鏡會發(fā)生受熱形變，可能無法維持穩(wěn)定腔的模式，因此會將這個影響因素考慮在平臺搭建中，文中采用注入鎖定技術，即由一束低功率窄線寬激光器（主激光器）發(fā)出的激光束入射到高功率寬線寬的激光器（從激光器）中，如果注入效率和相位滿足一定條件，主激光器的頻率特性就會被復制到從激光器。在注入腔鎖定增強中，F-P腔可作為主激光器和鑒頻器，激光源為從激光器，光源（從激光器）發(fā)出的激光在F-P腔中振蕩，然后輸出滿足諧振條件的頻率梳，反饋回從激光器，依據(jù)注入鎖定原理，從激光器也會振蕩形成同模式的激光，在腔內經過無數(shù)次反射發(fā)生干涉相長，拉曼散射光的強度和傳播路徑都能得到大幅度的提高。

Layertec鏡片用于腔增強拉曼光譜氣體檢測的實驗光路結構

F-P諧振腔兩端腔鏡分別采用Layertec 171883平凹鏡，兩個Layertec平凹透鏡相向放置，凹面一側鍍高反射膜，其對1500nm至1700nm的波段的入射光反射率高達99.98%，平面一側鍍增透膜，反射率低至0.25%，這樣外界的半導體激光器輸入到F-P腔之后會發(fā)生干涉相長，實現(xiàn)激光強度的增強和散射路徑的增加。高反膜保證了絕大多數(shù)光子能量存在于諧振腔中，增透膜作用是將經過凹面的光信號進行盡可能地傳輸出腔外進行檢測分析。

實驗檢測與分析

進行實驗之前需要用真空泵將腔內氣體抽出，檢測氣室內有四個拉曼峰，分別是殘余的O₂，N₂，以及腔鏡材料的拉曼峰。腔內氣體抽出后，依次通入分壓1kPa的H₂，CO，CO₂，CH₄，C₂H₆，C₂H₄，C₂H₂單一氣體，隨后進行腔增強拉曼光譜檢測，積分時間20s?；旌蠚怏w的腔增強拉曼光譜如圖所示。實驗結果表明，利用腔增強的原理構造檢測平臺，可以實現(xiàn)傳統(tǒng)光譜檢測法難以檢測的微量同核雙原子氣體，且利用單一波長可以同時檢測多種混合氣體，具有十分重要的應用意義。

參考文獻

王品一, 萬福, 王建新,等. 注入鎖定腔增強拉曼光譜微量氣體檢測技術[J]. 光學精密工程, 2018, 26(8):8.

18926463275

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