液芯光纤光谱仪

　　1　引　言

　　由于液芯光纤具有模变换系数小,保偏性能好[1],对电磁场、温度场反应灵敏等特性,所以在传感、光谱分析、非线性光学等领域都取得了重要研究成果[2]。液芯光纤技术可以使拉曼光谱强度提高103倍[3],共振拉曼效应可以使拉曼光谱强度提高106倍。若在液芯光纤内产生共振拉曼效应,则可以使拉曼光谱强度提高109倍[4]。作者设计了一种光纤拉曼光谱仪,获得了高强度、高灵敏度的拉曼光谱,而且也获得了在极低浓度下(10-14mol/L)的某些分子的拉曼光谱[5]。

　　目前,美国Ametek公司已推出了光纤光谱仪[6]。这种仪器所用的光纤一般为普通石英光纤,其作用为传输激发光和散射光,即作为传光信道。利用液芯光纤对拉曼光谱的放大特性,研制了一种体积小、重量轻、成本低、灵敏度高的液芯光纤光谱仪。液芯光纤既起传光作用,同时又是样品池和前置放大系统。该光谱仪可用于液体及含有待测样品液体的自发拉曼光谱、共振拉曼光谱及荧光光谱的测量。

　　2　仪器的结构及性能

　　液芯光纤光谱仪整机由光源、前置放大系统、分光系统、信号接收及检测系统、计算机控制和数据采集系统组成。其结构框图如图1所示。

　　2.1　光　源

　　与其它光谱仪相同,可以根据测量的需要选择激光器作为激发光源,使样品产生自发拉曼光谱、共振拉曼光谱。选用中科院长春光机所研制的MGL-1型激光器作为激发光源,其波长为532nm,功率约为30mW。

　　2.2　高放大率的光纤样品池前置光路系统

　　液芯光纤在这一系统中既传输激发光和散射光,同时又是样品池和光谱放大系统。如图1所示,激发光在光纤中传播,被激发的拉曼散射光不断地被累积和加强,当然也不断地被光纤损耗。从理论和实验两方面都证明了获得最大拉曼光谱强度的光纤最佳长度L是光纤总损耗系数α的倒数(L =1/α)。光纤样品室前置光路系统采用立式方式工作,使得整机结构不仅紧凑,而且便于操作。如图2所示。

　　在系统中,光耦合器的性能关系到整个前置光路的性能。采用了如图3所示的封闭结构,取得了良好的效果。其特点是:结构紧凑、组装简便;调节方便、灵活、稳定;输入光与输出光之间隔离性好,无相互干扰。

　　2.3　分光单元及其驱动系统

　　选配了长春第一光学仪器厂生产的WDG-SB型精密光栅单色仪做分光单元。该单色仪的相关技术指标如下:

　　焦距: 500mm

　　波长范围: 190 ~ 650nm(标配光栅) (500 ~1000nm)

　　分辨率:0.02nm