[发明专利]一种便携式用于液体探测的光谱仪和方法

说明书

技术领域

本发明属于光谱仪领域，尤其涉及一种光纤光谱仪。

背景技术

1910年，英国人雷利在研究声音沿曲面墙壁传播时发现：声音可以沿着回廊的墙壁环绕形成驻波，从而大大增强了回廊中声波的能量，他把这种现象称为回音壁模式。当然光波也适用于这个理论，当光线耦合进入具有旋转对称结构的光学微腔中后，会以回音壁模式在微腔中传播，此时在微腔中传播的光波能量会逐渐得到叠加，从而得到加强，进而大大延长了光波在腔内的传播时间。而在微腔的外部，光波会在微腔表面形成倏逝波，光能量沿着径向呈指数下降，从围墙泄露到外部的光场的平均能流密度近似为零。因此回音壁模式是光学微谐振腔具有极高的品质因数、极小的模式体积和很低的非线性效应的预置条件。这些特性使得回音壁效应在高灵敏度传感器、非线性光学、腔体量子电动力学、极低阈值激光器等领域都有重要的应用价值。

采用微腔可以获得高的测量灵敏度已多有记载，很多已经达到了单分子量级。为了达到这个灵敏度，微腔必须和光谱仪光学接触，或者光谱仪放置在微腔的倏逝波范围内。这给微腔的应用带来了很多不便。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明旨在提供一种可以远程探测的光谱仪，同时可以有很高的探测灵敏度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种便携式用于液体探测的光谱仪，包括可调谐半导体激光器1、耦合系统2、锥状光纤3、偏振控制器4、液体槽7、液体槽7中盛放待测液体、放置于液体槽7中光纤微球5和探测器6，可调谐半导体激光器1发出的光经耦合系统2耦合到锥状光纤3中，在锥状光纤3中集成偏振控制器4来控制光中锥状光纤3中光的偏振方向，锥状光纤3浸没在液体槽7内的待测液体中，在待测液体中锥状光纤3与垂直放置的光纤微球5相切接触以实现两个光纤中光的耦合，光纤微球5连接在未熔融的光纤上，锥状光纤3和光纤微球5都分别固定在两个三维平移台上，通过调节两个三维平移台来实现锥状光纤3和光纤微球5的相切接触，在锥状光纤2的另一端设置探测器5以探测输出的能量，通过扫描可调谐半导体激光器1的波长以测得光谱。

锥状光纤是采用氢灯将光纤加热到光纤熔点之上并均匀拉伸而获得的。

锥状光纤两端分别固定在两个电动平移台上，氢灯也固定在另一电动平移台上。

氢灯以120mm/min的固定速度往返地沿着去除包层的光纤下方加热光纤，同时固定光纤的两个电动平移台以2mm/min相对低速向两端拉伸光纤。

光纤微球5是通过采用氢灯加热熔融光纤末端形成的。

光纤微球5的直径是80um到1000um。

光纤微球5的直径是500um。

光纤微球的表面粗糙度约为1nm。

一种便携式用于液体探测的方法，上述便携式用于液体探测的光谱仪，通过扫描可调谐半导体激光器的波长，并采用探测器5探测锥状光纤的输出能量来获得相应的光谱。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

图1是便携式用于液体探测的光谱仪的示意图

图2是图1中的液体槽中的局部Ⅰ的照片

图3是采用氢灯制作锥状光纤的示意图

图4是不同浓度的SDA2072的吸收光谱

1.可调谐半导体激光器，2.耦合系统，3.锥状光纤，4.偏振控制器，5.光纤微球，6.探测器，7.液体槽，9.光纤，10.氢灯，11.电动平移台

具体实施方式

参见附图1，一种便携式用于液体探测的光谱仪，包括可调谐半导体激光器1、耦合系统2、锥状光纤3、偏振控制器4、液体槽7、液体槽7中盛放待测液体、放置于液体槽7中光纤微球5和探测器6。可调谐半导体激光器1发出的光经耦合系统2耦合到锥状光纤3中，在锥状光纤3中集成偏振控制器4来控制光在锥状光纤3中的偏振方向，锥状光纤3浸没在液体槽7内的待测液体中，如图1所示，在待测液体中锥状光纤3与垂直放置的光纤微球5相切接触以实现两者之间的光耦合，光纤微球5连接在未熔融的光纤上，锥状光纤3和光纤微球5都分别固定在两个三维平移台上，通过调节两个三维平移台来实现锥状光纤3和光纤微球5的相切接触，在锥状光纤2的另一端设置探测器5以探测输出的能量，通过扫描可调谐半导体激光器1的波长以测得光谱。采用玻璃制作液体槽。