[发明专利]基于色散时变的光纤拉曼光谱仪

说明书

本发明公开了一种基于色散时变的光纤拉曼光谱仪，包括激光探测系统和拉曼光谱探测系统，是一种利用在色散光纤中不同频率传播的速度不一样的现象，从而在时域上分辨出拉曼信号的光谱特征的光谱仪。光谱仪不需要传统的分光器件，同时避免了复杂光路设计，既能提高机械稳定性，又能降低器件尺寸和重量，节省成本又易携带。

技术领域

本发明涉及拉曼光谱仪领域，具体涉及一种基于色散时变的光纤拉曼光谱仪。

背景技术

拉曼谱线是印度物理学家拉曼1928年在研究液体苯散射时首次发现的，它是一种散射光谱。当光照射到物体上时，有部分光会发生非弹性散射，散射光中除了与入射光相同的弹性成分外(瑞利散射)，还有比入射光频率增大和减小的成分，其中频率减小的成分称为斯托克斯线，频率增大的成分称为反斯托克斯线，两成分频率对称分布在激发光频率的两侧。

拉曼效应这主要是由分子振动，晶格中的光学声子与激发光源相互作用的结果。当一个光子与一个分子发生相互作用时，分子吸收一个光子后进入一个不稳定的虚能态，接着会很快放射出一个光子，这时如果分子的振动或转动能级比初始的能级高，那么发射光子的频率就会比原始光子低，称为斯托克斯光，反之分子的振动或转动能级比初始低，光子的能量会增加，频率会提高，被称为反斯托克斯光，通过拉曼光谱仪记录光子频率发生的规律的变化称为拉曼光谱。

每一种物质都有特定的振动或转动能级，对应有特定的拉曼谱线，而且一般不随入射波长变化而变化，所以拉曼谱线也被称为指纹谱线，被广泛应用于物体成分的标定。

目前拉曼光谱分析仪发展到主要以下几种形式:共焦显微镜拉曼光谱、共振拉曼光谱、表面增强拉曼散射和针尖表面增强的拉曼散射，这些光谱仪都是通过空间分光方式来得到光谱信息，需要光栅和消像差的透镜，光路设计复杂，校准也比较繁琐，而且机械稳定性不高；同时在CCD尺寸一定的情况下，无法同时满足大光谱测量范围和高光谱分辨率的要求。

发明内容

本发明提供一种基于色散时变的光纤拉曼光谱仪目的在于减轻光谱仪的重量，同时在保证分辨率的情况下又能扩大光谱测量范围。

本发明的技术方案是：一种基于色散时变的光纤拉曼光谱仪包括激光探测系统和拉曼光谱探测系统。

所述的激光探测系统包括脉冲激光器、第一准直器和声光调制器。

所述的拉曼光谱探测系统包括第二准直器、耦合器、第一光电探测器和第二第二探测器、示波器、普通光纤和色散光纤。

所述脉冲激光器与第一准直器通过光纤连接，声光调制器与第一准直器相对平行放置。

所述第二准直器与耦合器通过光纤连接，所述耦合器与第一光电探测器通过普通光纤连接；所述耦合器与第二光电探测器通过色散光纤连接；所述第一光电探测器和第二光电探测分别通过串行总线与示波器连接。

优选的，所述普通光纤长度比色散光纤长度短。

优选的，所述耦合器为3dB光耦合器。

优选的，所述激光器为光纤锁模孤子激光器，所述激光器采用非线性偏振旋转方式锁模、石墨烯锁模、使染料被动锁模或主动锁模。

优选的，所述色散光纤是分布式线性啁啾光栅或是光子晶体光纤。

优选的，所述光谱仪还包括棱镜组和透镜系统。

优选的，所述棱镜组包括反射棱镜和二向分色棱镜，所述反射棱镜和二向分色棱镜在纵向方向相对水平放置；所述透镜组包括前端物镜和后端物镜，所述透镜组置于样品和第二准直器之间。

一种基于色散时变的光纤拉曼光谱仪测试方法，所述方法包括如下步骤：

1)脉冲激光器发出脉冲激光，经过第一准直器或反射镜后形成空间光；