[发明专利]一种矢量光场导模增强型流体成分检测方法

说明书

本发明涉及一种矢量光场导模增强型流体成分检测方法，激光器所出射的光在数值孔径一定的情况下，经过透镜进行准直，通过偏振片和半波片进行旋转，经过空间光调制器相位和振幅调制过的相位板后出射，进入光场导模器，在光场导模器内部经多次全反射，通过光场导模器表面的微纳结构在每一次反射时进行光增强，而后携带被检测信息出射，通过光场矢量特性滤波元件后进入检测模块，得到含有流体成分参数信息的光谱数据。该方法具有方法简便、实时性好、灵敏度高、信息全面、可靠性高等特点。

技术领域

本发明涉及一种流体成分检测方法，特别是一种矢量光场导模增强型流体 成分检测方法，属于成分检测技术领域。

背景技术

流体是能流动的物质，它是一种受任何微小剪切力的作用都会连续变形的 物体。流体是液体和气体的总称。流体成分检测需求广泛存在于环境分析、资 源勘探、食品安全、生命科学、医学医疗、工业过程控制、国防安全等许多领 域，并且这些领域对流体成分检测的灵敏度要求也越来越高。水中物质分析检 测技术是流体成分检测一个具有代表性的实际应用案例，水资源是人类社会发 展不可或缺并且不可替代的重要资源之一，对社会经济的发展以及人们的日常 生活与生产都发挥着保障的作用。当前人类社会中的水资源危机问题已经直接 对经济的发展起到了限制的作用并且影响着人类的正常生活，所以正视水资源 危机以及重视水资源问题具有紧迫性与必要性。而在对水资源质量的调查与把 控中，水质分析发挥着重要的作用，对水质进行分析检测，保证生产生活的用 水质量有着重要的意义。

在先技术中，存在流体成分检测技术，例如水质分析仪，国内外多家公司 存在市场流通检测技术产品，例如美国哈希公司、日本岛津公司、奥地利是能 公司、国内聚光公司、先河公司等，现有技术可以测量流体成分，但是存在一 些本质不足：1)检测方法复杂，采样式水质分析仪，需要把被检测水采样进 行预处理，然后利用化学或物理的检测原理进行分析，并且需要更换试剂等流 程，对操作人员要求高，使用不便利，方法复杂，存在二次环境污染的可能；2) 在先技术采用化学试剂反应，或者物理光学光谱检测等，在检测过程中不存在 有用信息级联方法效应，所以分析检测的灵敏度有限，并且容易收到干扰，影 响检测技术使用的可靠性；3)结构复杂、难于集成、功能不易拓展。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术的不足，提供一种矢量光场导模增强型流 体成分检测方法，具有使用方便、方法简单、灵敏度高、可靠性高、信息全面、 稳定性高、成本低、便于集成和小型化、实时性好、功能易于扩充等特点。

本发明的技术方案是：一种矢量光场导模增强型流体成分检测方法，包括 光束调控模块、光场导模器、光场矢量特性滤波元件、探测模块，其特征在于： 所述的激光器所出射的光在数值孔径一定的情况下，经过透镜进行准直，通过 偏振片、半波片进行旋转，通过已经经过空间光调制器相位和振幅调制过的相 位板后出射，进入光场导模器，其基本原理为光学级联全反射原理。光场穿透 被检测流体表面一定深度后反射，部分入射光场被吸收，在反射光场中相应频 率的部分形成吸收带，生成了携带流体成分参数信息的内反射光谱。穿透深度d_P的计算公式为

式中：λ₁为光场在反射介质中的波长；θ为入射角，n₁、n₂分别为光场导模器 和样品的折射率。d_P与λ₁成正比，在长波时因穿透深度大而使吸收峰的峰强增 大。所述的光场导模器为上面具有微纳结构的导模增强型器件，在每一次反射 时进行光的一次增强。在出射方向上加入光场矢量特性滤波元件，继而向探测 模块输出高质量的流体成分参数。

所述光束调控模块的激光器为VCSEL激光器、DFB激光器、半导体激光器中 的一种。

所述光束调控模块的透镜为双胶合透镜、双凸透镜、平凸透镜中的一种， 材料为玻璃、石英、氟化钙中的一种。

所述光束调控模块的偏振片的材料为玻璃、石英中的一种。