[发明专利]一种自由空间光学微腔拉曼激光传感装置及其传感方法

权利要求书

1.一种自由空间光学微腔拉曼激光传感装置，其特征在于，所述传感装置包括：激光光源、第一聚焦物镜、光学微腔、第二聚焦物镜、第一准直透镜、光纤分束器、第一光电探测器、示波器、第二准直透镜、滤波片、第三聚焦物镜、第二光电探测器和基础频谱分析仪；其中，在所述光学微腔的表面附着有纳米级尺寸粒子；所述光学微腔为非旋转对称的介质实心体，具有高品质因子的回音壁模式，并且实现激光定向性出射；所述激光光源提供宽带扫频激光，经过第一聚焦物镜将激光耦合进光学微腔，激发光学微腔的回音壁模式；由设置在出射光方向的第二聚焦物镜收集，经过第一准直透镜进入光纤分束器，一部分光信号通过第一光电探测器转化成电信号，进入示波器进行分析，得到回音壁模式的波长范围；所述激光光源发射回音壁模式的波长范围内的高功率激光，经过第一聚焦物镜将激光耦合进光学微腔，激发光学微腔的回音壁模式；所述回音壁模式激发附着有纳米级尺寸粒子的光学微腔的拉曼激光；在出射光方向设置第二聚焦物镜，收集出射光，出射光包括激光、回音壁模式和拉曼激光；出射光经过第一准直透镜进入光纤分束器，一部分光信号通过第二准直透镜，由滤波片滤掉激光和回音壁模式，由第三聚焦物镜收集进入第二光电探测器转化成电信号，进入基础频谱分析仪，分析拉曼激光拍频的频率信息，从频率信息解读吸附在光学微腔表面的纳米级尺寸粒子信息。

2.一种自由空间光学微腔拉曼激光传感装置，其特征在于，所述传感装置包括：激光光源、第一聚焦物镜、光学微腔、第二聚焦物镜、第一准直透镜、第二准直透镜、第一光电探测器、示波器、滤波片、第三聚焦物镜、第二光电探测器和基础频谱分析仪；其中，在所述光学微腔的表面附着有纳米级尺寸粒子；所述光学微腔为非旋转对称的介质实心体，具有高品质因子的回音壁模式，并且实现激光定向性出射；所述激光光源提供宽带扫频激光，经过第一聚焦物镜将激光耦合进光学微腔，激发光学微腔的回音壁模式；由设置在一个出射光方向的聚焦物镜收集，经过第二准直透镜后，通过第一光电探测器转化成电信号，进入示波器进行分析，得到回音壁模式的波长范围；所述激光光源发射回音壁模式的波长范围内的高功率激光，经过第一聚焦物镜将激光耦合进光学微腔，激发光学微腔的回音壁模式；回音壁模式激发附着有纳米级尺寸粒子的光学微腔的拉曼激光；在另一个出射光方向设置第二聚焦物镜，收集出射光，出射光包括激光、回音壁模式和拉曼激光；出射光经过第一准直透镜后，由滤波片滤掉激光和回音壁模式，由第三聚焦物镜收集进入第二光电探测器转化成电信号，进入基础频谱分析仪，分析拉曼激光拍频的频率信息，从频率信息解读吸附在光学微腔表面的纳米级尺寸粒子信息。

3.如权利要求1或2所述的传感装置，其特征在于，所述光学微腔采用变形微芯圆环或变形球腔，具有一个或者多个入射光方向和出射光方向。

4.如权利要求1或2所述的传感装置，其特征在于，所述激光光源包括宽带可调频激光器、高功率激光器、光路切换装置和光阑；其中，所述宽带可调频激光器在宽带范围内进行扫频，找到光学微腔的回音壁模式的波长范围；所述高功率激光器发射在回音壁模式的波长范围内的高功率激光，耦合进光学微腔激发回音壁模式；所述宽带可调频激光器和高功率激光器发射的激光由光路切换装置进行光路转换；在光路切换装置前设置光阑。

5.如权利要求4所述的传感装置，其特征在于，所述光路切换装置采用回转反射镜。