[发明专利]用于无荧光拉曼光谱仪的多波长外腔激光器

说明书

本发明公开了一种用于无荧光拉曼光谱仪的多波长外腔激光器，其通过电源切换电路驱动阵列中二个以上的等中心波长激光二极管独立通断，输出光束经准直激光校准光学元件校准为平行的准直激光束，而光栅采用特殊设计，其对应各准直激光束的入射点区域设不同光栅周期，使准直激光束经光栅衍射后形成同向输出且具有波长差异的零级反射光束和沿原路返回相应激光二极管内部参与谐振腔内部模式竞争的一级衍射光束；所述零级反射光最后经光纤耦合透镜汇聚至光纤合路器进行波长输出。本发明采用电路切换波长输出，消除了常规机械调节的不可靠性和可能误差，使调谐结构更简单稳固，保证了输出波长的高稳定性，实际操作时波长输出的重复性强，调谐精度更高。

技术领域

本发明涉及一种外腔激光发射装置，更具体的说，涉及一种用于无荧光拉曼光谱仪的多波长外腔激光器。

背景技术

目前，拉曼光谱仪在现场检测、毒品分析、农药检测等领域有着非常广泛的应用。然而，在对农药、毒品、爆炸物等进行检测的过程中，拉曼光谱受到强荧光干扰。拉曼光强度远小于荧光强度以至于被荧光淹没从而无法检测到拉曼光谱。因此，为了能高效地检测拉曼光谱必须抑制荧光。

现阶段，抑制荧光的方法有很多种，主要采用的是基线校正。基线校正即通过特定的算法拟合出光谱图中的荧光背景并将其扣除。由于存在拟合误差，基线校正不适用于荧光背景比较复杂的情况，会存在一些人为失真。

相较而言，现有的便携式拉曼光谱仪采用的多波长移频激发法(SEDRS)能够适应在复杂的背景下有效抑制荧光。其依据的原理是：由于荧光波长不会随着激发光波长改变而改变，拉曼光谱峰却会发生明显的位移。因此，用两个波长相差微小(一长一短)的光分别激发样品获得两组带有荧光背景的拉曼光谱(同一图中)，如图1所示；再将两组带有荧光背景的拉曼光谱进行差分即可消除荧光，得到具有“一正一负”的差值拉曼光谱，如图2所示。最后，利用相关算法复原拉曼光谱。

多波长移频激发法的关键在于产生多波长拉曼激发光源。以双波长拉曼激发光源为例，目前此类光源主要采用可调谐外腔半导体激光器，其利用光栅作为反馈元件，通过转动光栅实现波长调谐。如图3所示为目前常见的可调谐外腔半导体激光器示意图，其中激光二极管1输出的光经过准直透镜2入射至光栅3上，一级衍射光反射回激光二极管1中参与模式竞争实现单纵模输出；绕预定支点旋转光栅3一定角度δ，使得入射光的衍射角从图中θ₁变为θ₂，根据光栅衍射公式“2d·sinθ＝m·λ”，可知相应的输出波长λ也发生了变化，d为光栅周期。

改变一级衍射光波长即可实现波长调节。由于存在机械移动部件(光栅3的转动机构)，该方案具有调谐结构复杂，稳定性差，输出波长重复性弱、多波长切换不便、精度低，不便于耦合(由于输出方向不一致导致)，调节繁琐等缺点。

发明内容

本发明目的是：提供一种用于无荧光拉曼光谱仪的多波长外腔激光器，其基于移频激发原理，能够克服已知激光发射装置调谐结构复杂，稳定性差，输出波长重复性弱、多波长切换调节不便的缺点，旨在实现无光栅移动部件的稳固结构，操作更加方便，输出波长更加稳定，且便于耦合。

本发明的技术方案是：一种用于无荧光拉曼光谱仪的多波长外腔激光器，其特征在于包括：

平行激光发射装置，该装置包括由至少两个中心波长相同的激光二极管组成的激光二极管阵列和布置于激光二极管阵列前端的用于将各激光二极管发出的激光束校准为平行的准直激光束的准直激光校准光学元件；

光栅，其布置于前述平行的准直激光束的出射路径上构成外腔，并且该光栅上对应于所述各准直激光束的入射点区域分别具有不同的光栅周期，各准直激光束经该光栅衍射后形成同向输出且具有波长差异的零级反射光束和沿原路返回相应激光二极管内部参与谐振腔内部模式竞争的一级衍射光束；

光纤合路输出装置，包括光纤耦合透镜和光纤合路器，所述光纤耦合透镜用于将经由前述光栅出射的所述零级反射光束汇聚至光纤合路器进行波长输出；