物质光学特性的检测系统技术方案

一种物质光学特性的检测系统，包括半导体泵浦源，沿该半导体泵浦源的激光输出方向依次是整形及耦合装置、二向色镜和光纤，所述的二向色镜与光路呈４５°放置，所述的光纤靠近所述的二向色镜一端为平面称为近端平面，另一端为斜面称为远端斜面，待测物质液体小球置于所述的光纤的远端斜面上，在所述的二向色镜反射方向依次是准直透镜和光谱分析仪。本发明专利技术检测系统具有结构简单，荧光光谱强，易于检测等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及物质光学特性测量，特别是一种物质光学特性的检测系统。
技术介绍
荧光是物质分子接受光子能量被激发后，从激发态的最低振动能级返回基态时发 射出的光。荧光分析法具有灵敏度高、选择性好的优点。荧光光谱具有如下特征荧光波长 总是大于激发光波长、荧光光谱的形状与激发波长无关、荧光光谱与激发光谱存在“镜像对 称”关系。能够发射荧光的物质应同时具备的两个条件物质分子必须有强的紫外 可见 吸收；物质分子必须有一定的荧光效率。荧光分析法目前还主要用于无机物和有机物的定量分析，在定性分析、结构分析 及作为某些研究领域的手段也日渐增多，具有较为广阔的应用前景。荧光法常被用于定性 和定量分析，但其定量应用更为广泛。可采用的定量分析方法有标准曲线法、比例法、联立 方程式法。荧光测量通常需要高灵敏度的光谱仪，对于大多数荧光应用来说，产生的荧光能 量只占激发光能量的3%左右。所以，对于有些基质中特定离子很难激发出高强度的荧光， 从而影响了定量荧光测量分析。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种物质光学特性的检测系 统，该系统结构简单，成本低廉，易于推广使用。本专利技术的技术解决方案如下—种物质光学特性的检测系统，特点在于其构成包括半导体泵浦源，沿该半导体 泵浦源的激光输出方向依次是整形及耦合装置、二向色镜和光纤，所述的二向色镜与光路 呈45°放置，所述的光纤靠近所述的二向色镜一端为平面称为近端平面，另一端为斜面称 为远端斜面，待测物质液体小球置于所述的光纤的远端斜面上，在所述二向色镜的反射方 向依次是准直透镜和光谱分析仪；所述的半导体泵浦源发射的泵浦光的中心波长与待测物 质吸收波长重叠；所述的半导体泵浦源发射的泵浦光通过整形及耦合装置后聚焦到所述的 光纤的近端平面，所述的待测物质液体小球在所述的半导体泵浦源发射的泵浦光的激发下 产生荧光并放大，该荧光由所述的光纤的远端斜面输入、光纤近端平面输出，经所述的二向 色镜反射经准直透镜准直输入所述的光谱分析仪。所述的待测物质液体小球制备方法如下将待测物质表面清洗干净，滴少量折射 率η > 1. 5有机溶剂液滴在待测物质的表面，超短脉冲激光器输出的脉宽为皮秒量级的超 短脉冲激光经聚焦系统聚焦在待测物质的表面，将待测物质打成少量纳米颗粒并分散在有 机溶剂里形成待测物质液体小球。所述的二向色镜是具有对半导体泵浦源输出的泵浦光有极高透过率，而对从光纤 端面输出的荧光具有极高反射率的镜片。所述的放置液体小球的光纤的端面为斜面。半导体激光泵浦源耦合输入的光纤 端为平面，这样易于得到高效率的耦合输入及输出，而放置液体小球的光纤端面为斜面， 通过光纤斜面与液体小球的近场耦合可以在液体小球(107)内直接激发出回音壁模式 (whispering gallerymode,简禾尔 WG 模式)。通过表明张力形成的液体小球或半球作为光学介电微球谐振腔，该微球腔由于其 极高的品质因数和极小的模式体积使其可以应用于要求极细线宽、极高能量密度和高亮或 极细微探测能力的场合。微球腔的特性来源于其独特的回音壁模式(whispering gallery mode,简称WG模式)光波在微球内表面上不断进行全反射，从而被约束在求内并沿球的大 圆绕行。当光波绕行一周后满足相位匹配条件荧光即可实现光波叠加得到增强。 本专利技术的技术效果1、本专利技术利用具有高折射率有机溶剂液体通过表面张力形成的液体小球，作为光 学介电微球谐振腔，该微球腔由于其极高的品质因数和极小的模式体积使其可以应用于要 求极细线宽、极高能量密度和高亮度或极细微探测能力的场合。光波在微球内表面上不断 进行全反射，从而被约束在球内并沿球的大圆绕行，当光波绕行一周后满足相位匹配条件 的荧光即可实现光波叠加得到增强。2、所述的半导体泵浦源的输出只需微瓦量级即可。3、本专利技术检测系统具有结构简单，荧光光谱强，易于检测等特点。附图说明图1是本专利技术物质光学特性的检测系统结构示意图。图2是本专利技术制备含有纳米颗粒待测物质的液体小球的装置光路示意图。图3是待测物质的荧光光谱图。具体实施例方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步说明，但不应以此限制本专利技术的保护范围。如图1所示，图1是本专利技术物质光学特性的检测系统结构示意图。由图可见，本发 明物质光学特性的检测系统，构成包括半导体泵浦源101，沿该半导体泵浦源101的激光输 出方向依次是整形及耦合装置102、二向色镜103和光纤104，所述的二向色镜103与光路 呈45°放置，所述的光纤104靠近所述的二向色镜103—端为平面称为近端平面，另一端 为斜面称为远端斜面，待测的液体小球107置于所述的光纤104的远端斜面上，在所述二向 色镜103的反射方向依次是准直透镜105和光谱分析仪106 ；所述的半导体泵浦源101发 射的泵浦光的中心波长与待测物质203吸收波长重叠；所述的半导体泵浦源101发射的泵 浦光通过光束整形及耦合装置102后聚焦到所述的光纤104的近端平面，待测的液体小球 107在所述的半导体泵浦源101发射的泵浦光的激发下产生荧光，该荧光由所述的光纤104 的远端斜面输入、光纤104近端平面输出，经所述的二向色镜103反射经准直透镜105准直 输入所述的光谱分析仪106。所述的待测物质液体小球107制备方法如下将待测物质表面清洗干净，滴少量 折射率η > 1. 5有机溶剂液滴在待测物质的表面，超短脉冲激光器201输出的脉宽为皮秒量级的超短脉冲激光经聚焦系统202聚焦在待测物质203的表面，将待测物质打成少量纳 米颗粒并分散在有机溶剂的液滴204里形成待测物质的液体小球107。所述的二向色镜103是具有对半导体泵浦源101输出的泵浦光有极高透过率，而 对从光纤端面输出的荧光具有极高反射率的镜片。在本实施例中，半导体泵浦源101出射的激光设定为波长为800nm。二向色镜103 斜45°放置并镀有对半导体泵浦光高透，对荧光宽光谱高反的膜。光纤104为商用单模光 纤，斜面端经过精细研磨的方式磨成30°角的光滑斜面。待测物质203为经10小时浸泡于稀盐酸之后清洗干净的掺钕(Nd)的YAG陶瓷。 滴沾一小滴液滴204化学纯苯甲醇溶剂于待测物质203上，经重复频率ΙΚΗζ，脉宽100皮秒 的短脉冲激光器201聚焦照射被液滴204覆盖的待测物质203，照射时间为10秒。取被短脉冲激光器201照射过的液滴204 —点放置于光纤104的远端斜面—— 30°角的光滑斜面上，由液滴表面张力自然形成半球状。在半导体泵浦源101工作时，可以 由光谱分析仪106得到待测物质203的增强光谱曲线，进而由此荧光光谱可以分析出该物 质的化学组成成分。图3是当半导体泵浦源101的功率100 μ W时，由光谱分析仪106得到 的荧光光谱。权利要求一种物质光学特性的检测系统，特征在于其构成包括半导体泵浦源(101)，沿该半导体泵浦源(101)的激光输出方向依次是整形及耦合装置(102)、二向色镜(103)和光纤(104)，所述的二向色镜(103)与光路呈45°放置，所述的光纤(104)靠近所述的二向色镜(103)一端为平面称为近端平面，另一端为斜面称为远端斜面，待测物质液体小球(107)置于所述的光纤(104)的远端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种物质光学特性的检测系统，特征在于：其构成包括半导体泵浦源（１０１），沿该半导体泵浦源（１０１）的激光输出方向依次是整形及耦合装置（１０２）、二向色镜（１０３）和光纤（１０４），所述的二向色镜（１０３）与光路呈４５°放置，所述的光纤（１０４）靠近所述的二向色镜（１０３）一端为平面称为近端平面，另一端为斜面称为远端斜面，待测物质液体小球（１０７）置于所述的光纤（１０４）的远端斜面上，在所述二向色镜（１０３）的反射方向依次是准直透镜（１０５）和光谱分析仪（１０６）；所述的半导体泵浦源（１０１）发射的泵浦光的中心波长与待测物质（２０３）吸收波长重叠；所述的半导体泵浦源（１０１）发射的泵浦光通过整形及耦合装置（１０２）后聚焦到所述的光纤（１０４）的近端平面，所述的待测物质液体小球（１０７）在所述的半导体泵浦源（１０１）发射的泵浦光的激发下产生荧光并放大，该荧光由所述的光纤（１０４）的远端斜面输入、光纤（１０４）近端平面输出，经所述的二向色镜（１０３）反射经准直透镜（１０５）准直输入所述的光谱分析仪（１０６）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐林，徐剑秋，张帅一，徐茸茸，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]