内嵌式激光光谱探测模块

技术领域

本发明涉及激光光谱，特别涉及内嵌式激光光谱探测模块。

背景技术

激光光谱是以激光为光源的光谱技术。与普通光源相比，激光光源具有单色性好、亮度高、方向性强和相干性强等特点，是用来研究光与物质的相互作用，从而辨认物质及其所在体系的结构、组成、状态及其变化的理想光源。激光的出现使原有的光谱技术在灵敏度和分辨率方面得到很大的改善。由于已能获得强度极高、脉冲宽度极窄的激光，对多光子过程、非线性光化学过程以及分子被激发后的弛豫过程的观察成为可能，并分别发展成为新的光谱技术。激光光谱学已成为与物理学、化学、生物学及材料科学等密切相关的研究领域。

目前，拉曼光谱、激光诱导击穿光谱等激光光谱技术已广泛应用于分子和原子的定性和定量分析，而针对微量物质的分析受限于信号强度，因而对于微弱信号增强方法的需求越来越迫切。由于信号光强度与激发光功率成正比，提高激发光功率是增加信号强度的有效方法。但增加激光功率意味着更大的激光器体积和重量，散热难度的增加，以及更高的成本。将激光锁定在激光器内部，通过激光器反射共心腔多次反射聚焦于样品是有效提升拉曼光谱、激光诱导击穿光谱等信号强度的另一种可能。

发明内容

本发明提出了内嵌式激光光谱探测模块，将激光锁定在反射共心腔内部，待测样品位于激光器内部，通过多次反射将激光聚焦于反射共心腔焦点，从而可以将共心腔内探测点处激光光谱信号强度增强100倍以上。探测点处产生的激光光谱信号可沿共心腔轴向或垂直于轴向由镜片和光谱仪进行探测。

本发明的技术方案为：内嵌式激光光谱探测模块。

本发明的装置包括：第一镜片、第二镜片、增益介质、泵浦源、激光、样品池、探测点、第一透镜、第一光谱仪、第二透镜、第二光谱仪。增益介质可以是气体、液体、固体和半导体，泵浦源激发增益介质实现粒子数反转从而产生光子的自发和受激发射放大，产生波长Λ的激光。第一镜片、第二镜片内壁镀有针对Λ高反射率的膜层，第一镜片、第二镜片形成以探测点为焦点的共心腔，激光每次经第一镜片、第二镜片反射后均聚焦于探测点。增益介质透射激光端面镀有针对Λ高反射率的膜层，同时，两个端面可以是平面或曲面。探测点包含在样品池内，样品池四个侧面有通光窗口片，其中，透射激光的两面窗口片镀有针对Λ高透射率的膜层。样品池内部为气体或液体样品，样品可沿垂直于激光方向流动。这样，探测点内嵌于激光器内部，激光被锁定于第一镜片、第二镜片组成的共心腔内，多次反射可将探测点处样品激发光谱强度增强100倍以上。

探测点处产生的样品光谱可沿共心腔轴向或垂直于轴向探测：样品光谱可由第一透镜聚焦于第一光谱仪入口狭缝，在这种情况下第一镜片内壁镀膜针对样品光谱对应波长高透射率；样品光谱可由第二透镜聚焦于第二光谱仪入口狭缝。其中，第一透镜和第二透镜分别可由1-10片镜片组成的镜片组代替。

本发明的有益效果在于：

1.将激光锁定在共心腔内，同时样品探测点位于共心腔内，通过多次反射聚焦可将样品光谱信号强度提升100倍以上；

2.检测点处待测样品可以是气态、液态、固态；

3.信号光可沿第一镜片、第二镜片组成的共心腔轴向或垂直于该轴向探测。

附图说明

图1为本发明的实施方式的装置结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

本发明的实施方式，装置如图1所示：第一镜片1、第二镜片2、增益介质3、泵浦源4、激光5、样品池6、探测点7、第一透镜8、第一光谱仪9、第二透镜10、第二光谱仪11。增益介质3可以是气体、液体、固体和半导体，泵浦源4激发增益介质3实现粒子数反转从而产生光子的自发和受激发射放大，产生波长Λ的激光5。第一镜片1、第二镜片2内壁镀有针对Λ高反射率的膜层(反射率大于99.8％)，第一镜片1、第二镜片2形成以探测点7为焦点的共心腔，激光5每次经第一镜片1、第二镜片2反射后均聚焦于探测点7。增益介质3透射激光5端面镀有针对Λ高反射率的膜层(反射率大于99.8％)，同时，两个端面可以是平面或曲面。探测点7包含在样品池6内，样品池6四个侧面有通光窗口片，其中，透射激光5的两面窗口片镀有针对Λ高透射率(透射率大于99.8％)的膜层。样品池6内部为气体、液体、固体样品，气体、液体样品可沿垂直于激光5方向流动。这样，探测点7内嵌于激光器内部，激光5被锁定于第一镜片1、第二镜片2组成的共心腔内，多次反射可将探测点7处样品激发光谱强度增强100倍以上。

探测点7处产生的样品光谱可沿共心腔轴向或垂直于轴向探测：样品光谱可由第一透镜8聚焦于第一光谱仪9入口狭缝，在这种情况下第一镜片1内壁镀膜针对样品光谱对应波长高透射率；样品光谱可由第二透镜10聚焦于第二光谱仪11入口狭缝。其中，第一透镜8和第二透镜10分别可由1-10片镜片组成的镜片组代替。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。