[发明专利]基于双波长光纤干涉法探测纳米微粒尺度的方法及装置

权利要求书

1.一种基于双波长光纤干涉法探测纳米微粒尺度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：两个波长差为10-20nm的DFB/DBR激光二极管作为光源，由波分复用合波器将两个光源发出的两波长光束合并于一根光纤中，由隔离器防止回波至DFB/DBR激光二极管而影响其稳定性，由功率分叉器分出90-99%功率的光至准直器准直，得到双波长准直光束，剩余1-10%功率的光为参考光；

步骤2：双波长准直光束由分裂反射镜左右各反射一个波长的光束，之后由大数值孔径透镜聚焦两个半圆锥形光束于微纳流道，产生回波，该回波通过波分解复用器后，用功率合成器输入于两个独立的带PGC调制的迈克尔逊干涉仪中；

步骤3：参考光的固定相位差和振动幅度M的相位由压电陶瓷带动微反射镜调制后，输入于步骤2所述两个独立的带PGC调制的迈克尔逊干涉仪中；参考光和回波的光强度由电控光纤可调衰减器调节至1:1后，在迈克尔逊干涉仪的干涉臂中产生干涉，产生的干涉信号由24位以上ADC模数转换器转换后由DSP取样；

步骤4：提取并处理干涉数据：当纳米微粒通过微纳流道内两半圆锥形光束的聚焦区域（直径0.5-0.7μm）时，两个迈克尔逊干涉仪相继收到相移信号，两个相移信号叠加得到相移量，通过下式解出σ的数值即可得到纳米微粒的尺度：

式中，E₀为信号光和参考光的振幅；σ为纳米微粒的散射截面，即为纳米微粒的尺度；A为光束截面，E_inc为探测光束振幅，I为合成光强度，I₀为信号光和参考光的光强，M为调制深度，ω₀为调制声波的频率，为调制初始相位，ψ为第三束散射光的初相位，t为时间。

2.一种实现权利要求1所述方法的基于双波长光纤干涉法探测纳米微粒尺度的装置，其特征在于，该装置包括：第一激光二极管（1）、第二激光二极管（2）、波分复用合波器（3）、隔离器（4）、功率分叉器（5）、功率耦合器（6）、准直器（7）、分裂双波长反射镜（8）、大数值孔径透镜（9）、微流通道（10）、第一波分解复用器（11）、衰减器（12）、第一功率合成器（13）、第一2x2耦合器（14）、折射率匹配液（15）、反射镜（16）、压电陶瓷（17）、偏振控制反射镜（18）、第一光电二极管（19）、放大器（20）、模拟数字转换器（21）、DSP芯片（22）、第二波分解复用器（23）、第三波分解复用器（24）、第二功率合成器（25）、第二2x2耦合器（26）和第二光电二极管（27）等；其中，所述第一激光二极管（1）和第二激光二极管（2）均与波分复用合波器（3）相连，波分复用合波器（3）、隔离器（4）和接功率分叉器（5）依次相连，功率分叉器（5）的输出端分别连接功率耦合器（6）和衰减器（12），第一波分复用器（11）与功率耦合器（6）相连，功率耦合器（6）连接准直器（7），准直器（7）与分裂双波长反射镜（8）、大数值孔径透镜（9）和微流通道（10）依次相连；衰减器（12）与第三波分复用器（24）相连；第一2x2耦合器（14）的一侧分别连接第三波分复用器（24）的短波输出端和第一光电二极管（19）的输入端，另一侧分别连接第一功率合成器（13）的输出端和折射率匹配液（15），第二2x2耦合器（26）的一侧分别连接第三波分复用器（24）的长波输出端和第二光电二极管（27）的输入端，另一侧分别连接第二功率合成器（25）的输出端和折射率匹配液（15），第一光电二极管（19）的输出端和第二光电二极管（27）的输出端均与放大器（20）相连，放大器（20）通过模拟数字转换器（21）与DSP芯片（22）相连，折射率匹配液（15）、反射镜（16）和压电陶瓷（17）依次相连后，与DSP芯片（22）相连；第一波分复用器（11）的短波输出端和第二波分复用器（23）的短波输出端均与第一功率合成器（13）的输入端相连，第一波分复用器（11）的长波输出端和第二波分复用器（23）的长波输出端均与第二功率合成器（25）的输入端相连，偏振控制反射镜（18）与第二波分复用器（23）的输入端相连。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一激光二极管（1）和第二激光二极管（2）可以为DFB激光二极管或DBR激光二极管。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述大数值孔径透镜（9）的数值孔径大于0.65。