专利名称：一种受激拉曼散射强度的增强方法
技术领域：
本发明涉及激光光谱技术领域，尤其涉及一种受激拉曼散射强度的增强方法。
背景技术：
受激拉曼散射(SRS)既是研究物质分子振动能级结构的有效方法，也是获得激光频率调谐的重要物理基础。利用物质丰富的拉曼谱线，可在很大的光谱范围内获得丰富的相干辐射。然而，由于SRS的较高阈值和低转换效率限制了它的实际应用，因而降低SRS的阈值和提高SRS的强度成为SRS应用的关键技术问题。在强激光脉冲作用下产生的SRS是一个对分子自发拉曼噪声的受激放大过程。假设在频率为vp，强度为Ip的泵浦光作用下，振动频率为％的一个拉曼模式的SRS强度 Is( Vs, L)可表示为Is(vs,L) = Isn(Vs) [exp(gsIp-a)L],式中，Vs=是斯托克斯频率；Isn(Vs)是自发拉曼噪声的强度；gs是拉曼增益系数；gsIp = Gs是拉曼增益；L是泵浦光和介质的作用长度；α是包括介质的吸收在内的总损耗。由上式可以看出，要增强SRS的强度，除了选择增益系数大的拉曼介质外，在实验参数上可以增大泵浦光的强度Ip和相互作用长度L ；从实验方法的角度上，可以采取适当的方法增强自发拉曼噪声强度Isn(vs)，同时尽量减少吸收等引起的损耗a。要增加泵浦光与介质的相互作用长度，在传统的SRS实验装置中，可以采用增加拉曼光学池长度的办法，其中最有效的办法就是采用液芯光纤代替光学池，利用光波导的全内反射、低损耗及长距离保持很强的光功率密度传输的特点，增大了泵浦光与拉曼介质的相互作用长度，也使一些非线性极化率较大的液体比较容易激发出非线性光学过程。因此，液芯光纤是研究液体介质SRS效应的理想容器。泵浦光强度Ip参数也决定了 SRS的强度。在一定范围内，SRS的强度随泵浦光强度增加而增加，但泵浦光强度过高，可能会引起介质的光学损伤。如果采用液芯光纤作为研究SRS的手段，过高的泵浦光强度对光纤端面也可能会造成损伤。因此，采用增加泵浦光强度Ip来提高SRS强度的方法是受限的。采取适当的方法增强自发拉曼噪声强度Isn( vs)，即增大SRS的初始放大光强是目前提高SRS强度的另一有效途径。国际上常采用可调谐激光外部种子植入和染料荧光内部种子植入方法。前者通过一台可调谐染料激光器，通过改变激光频率，如果激光频率与拉曼介质的一个斯托克斯频率重合，则频率选择性地增强SRS的初始放大光强，从而提高这一频率模式的SRS强度。相比之下，染料荧光内部种子植入法则是一种简便、低成本的增强SRS强度的有效方法。只要选择染料的荧光光谱范围与所要增强的拉曼介质的 SRS光谱重叠，则位于荧光光谱范围内的拉曼模式的初始强度便可获得相应频率的荧光的增强。当介质中植入强度为Iseed(Vs)的“种子”后，SRS的初始放大光强由Isn(Vs)变为 Isn(Vs)+Iseed (Vs) 'BPIs(vs,L) = [Isn(vs)+Iseed(vs)][exp(gsIp-a)L],
可见，荧光种子Iseed(Vs)线性地放大了 SRS的初始光强Isn( Vs)，使频移为Vs的 SRS强度Is(vs，L)增大。由于Iseed(Vs) >> Isn(Vs),以及“种子”光的频率可调，便可以选择性地获得频移为vs的拉曼模式的SRS光谱。然而，荧光内部种子植入法是激光染料直接掺入拉曼介质中，一方面为SRS提供了荧光种子，增强了 SRS强度；另一方面，染料还对泵浦光和部分SRS光有吸收，使损耗α 增大，削弱了增强作用。因此，采用荧光内部种子植入法时染料浓度往往很低。同时，染料的直接掺入也使得拉曼介质(样品)受到污染，拉曼介质成份变得复杂，这给SRS的光谱分析带来困难，不利于SRS的实际应用。
发明内容
为了克服染料荧光内部种子植入法的不足，本发明提供了一种受激拉曼散射强度的增强方法，包括如下步骤Α.取一段光纤，将无水乙醇注入到光纤中进行冲洗，清洗干净后晾干；B.在该段光纤上再去除其中一小段光纤的外包层，并清洗干净；C.将光纤套入洗净的毛细管，毛细管长度应不短于去除外包层的光纤长度，将毛细管固定于去除外包层的光纤的区域；D.把光纤左端插入左端光学池，光纤左端端面顶到左端光学池的通光面，封住池壁上的小孔；Ε.将拉曼介质液体注入左端光学池，直至拉曼介质液体充满整根光纤，将光纤右端插入右端光学池，直至光纤右端端面与右端光学池的池壁接触，封住池壁上的小孔；F.在光纤与毛细管的间隙注入激光染料溶液；G.将激光经透镜聚焦于光纤入射端面前2cm处，激光沿光纤轴向泵浦光纤中的拉曼介质，另一束激光侧向泵浦毛细管内、光纤外的激光染料溶液。
本发明所述步骤A将无水乙醇注入到光纤中进行冲洗前，还包括将光纤两端切割的步骤。本发明所述步骤B中去除其中一小段光纤的外包层的具体方法是将光纤安置在调整架上，选择一小段光纤，用酒精灯燃烧去除该段光纤的外包层。本发明所述步骤F是采用注射器在光纤与毛细管的间隙注入激光染料溶液。上述步骤A中的一段光纤通常在1 an之间选�。词故切∮贗m或者大于2m，也是可以的，只要便于操作。上述步骤B中的一小段去除外包层的光纤通常在3cm IOcm之间选取，也是出于操作方便。本发明的一种受激拉曼散射强度的增强方法，在样品不受污染的前提下，通过光纤本身和染料荧光外部种子的共同放大作用，使SRS强度得到增强；同时还避免了染料荧光内部种子植入法中染料对泵浦光和SRS光的吸收作用。
图1为本发明的一种受激拉曼散射强度的增强方法的原理结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例详细说明本发明的一种受激拉曼散射强度的增强方法。本实施例的一种受激拉曼散射强度的增强方法，包括如下步骤A.取一段长为1. 5m的光纤，将无水乙醇注入到光纤中进行冲洗，清洗干净后晾干；B.在该段光纤上再去除其中一小段长为5cm的光纤的外包层，并清洗干净；C.将光纤套入洗净的毛细管，毛细管长度应不短于去除外包层的光纤长度，将毛细管固定于去除外包层的光纤的区域；D.把光纤左端插入左端光学池，光纤左端端面顶到左端光学池的通光面，封住池壁上的小孔；E.将拉曼介质液体注入左端光学池，直至拉曼介质液体充满整根光纤，将光纤右端插入右端光学池，直至光纤右端端面与右端光学池的池壁接触，封住池壁上的小孔；F.在光纤与毛细管的间隙注入激光染料溶液；G.将激光经透镜聚焦于光纤入射端面前2cm处，激光沿光纤轴向泵浦光纤中的拉曼介质，另一束激光侧向泵浦毛细管内、光纤外的激光染料溶液。步骤A中，将无水乙醇注入到光纤中进行冲洗前，可以将光纤两端切割，从而使光纤两端端面平整。步骤B中，去除其中一小段光纤的外包层的具体方法是将光纤安置在调整架上， 选择一小段如5cm的光纤，用酒精灯燃烧去除该段光纤的外包层。步骤F是采用注射器在光纤与毛细管的间隙注入激光染料溶液。如图1所示，图1中1为毛细管，2为光纤，3为拉曼介质，4为激光染料溶液，5为轴向泵浦光，6为侧向泵浦光。本发明的一种受激拉曼散射强度的增强方法实际应用时，将脉冲YAG激光器发出的二倍频激光(532nm)经透镜聚焦于光纤入射端面前2cm处，以防止光纤端面被激光打坏。激光沿光纤轴向(光纤长度方向)泵浦光纤中的拉曼介质，激发拉曼介质的SRS。同时，另一束激光侧向泵浦毛细管内、光纤外的激光染料溶液，使激光染料产生荧光。由于是从光疏介质到光密介质，激光染料产生的荧光可以进入光纤内部，为光纤中的拉曼介质产生的SRS提供荧光种子，从而增强SRS的初始放大强度。光纤中产生的SRS 光不会从光密介质传播到光疏介质，从而被光纤外部的激光染料溶液吸收。对所有拉曼介质液体，如果能与光纤管壁构成液芯光纤，那么，只要选择合适的激光染料，使其荧光光谱范围与所要增强的SRS光谱重叠，都可以利用本发明的方法实现外部荧光种子增强液芯光纤中拉曼介质的受激拉曼散射的强度。
权利要求
1.一种受激拉曼散射强度的增强方法，其特征在于，包括如下步骤A.取一段光纤，将无水乙醇注入到光纤中进行冲洗，清洗干净后晾干；B.在该段光纤上再去除其中一小段光纤的外包层，并清洗干净；C.将光纤套入洗净的毛细管，毛细管长度应不短于去除外包层的光纤长度，将毛细管固定于去除外包层的光纤的区域；D.把光纤左端插入左端光学池，光纤左端端面顶到左端光学池的通光面，封住池壁上的小孔；E.将拉曼介质液体注入左端光学池，直至拉曼介质液体充满整根光纤，将光纤右端插入右端光学池，直至光纤右端端面与右端光学池的池壁接触，封住池壁上的小孔；F.在光纤与毛细管的间隙注入激光染料溶液；G.将激光经透镜聚焦于光纤入射端面前2cm处，激光沿光纤轴向泵浦光纤中的拉曼介质，另一束激光侧向泵浦毛细管内、光纤外的激光染料溶液。
2.如权利要求1所述的一种受激拉曼散射强度的增强方法，其特征在于，所述步骤A将无水乙醇注入到光纤中进行冲洗前，还包括将光纤两端切割的步骤。
3.如权利要求1所述的一种受激拉曼散射强度的增强方法，其特征在于，所述步骤B中去除其中一小段光纤的外包层的具体方法是将光纤安置在调整架上，选择一小段光纤，用酒精灯燃烧去除该段光纤的外包层。
4.如权利要求1所述的一种受激拉曼散射强度的增强方法，其特征在于，所述步骤F是采用注射器在光纤与毛细管的间隙注入激光染料溶液。
全文摘要
一种受激拉曼散射强度的增强方法，本发明包括如下步骤A.取光纤洗净；B.去除一小段外包层；C.套入洗净的毛细管；D.把光纤左端插入左端光学池，光纤左端端面顶到左端光学池的通光面，封住池壁上的小孔；E.将拉曼介质液体注入左端光学池，将光纤右端插入右端光学池，直至光纤右端端面与右端光学池的池壁接触，封住池壁上的小孔；F.在光纤与毛细管的间隙注入激光染料溶液；G.将激光经透镜聚焦于光纤入射端面前2cm处。本发明在样品不受污染的前提下，通过光纤本身和染料荧光外部种子的共同放大作用，使SRS强度得到增强；同时还避免了染料荧光内部种子植入法中染料对泵浦光和SRS光的吸收作用。
文档编号G01N21/01GK102359936SQ201110265070
公开日2012年2月22日 申请日期2011年9月8日 优先权日2011年9月8日
发明者普小云, 杨睿, 解道宏, 马宏磊 申请人:云南大学
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