谐振腔方式增强拉曼效应的研究

发布时间：2020-04-22 04:44

【摘要】：拉曼效应因其拉曼散射强度低,用于物质的定量分析时,灵敏度过低的缺点使其在广泛应用时受到阻碍,需要寻找方法实现拉曼增强。设计从谐振腔基本理论出发,重点分析了谐振腔腔长与拉曼散射强度的关系,通过腔与腔之间的模式匹配来减小腔内的激光损耗,最终实现拉曼光的增强。实验结果显示,谐振腔样品池内的拉曼信号显著增强,验证了谐振腔方式增强拉曼效应方法的可行性。
【图文】：

实验系统,阀值

第1期王洋，蒋书波等:谐振腔方式增强拉曼效应的研究实验系统结构如图1所示，系统对激发光本身的特性有较高要求，需要保证其中心波长及稳定性［4］。图1实验系统结构简图1．1半导体激光器半导体激光器也称作激光二极管(LD)，LD通过两个由半导体晶体构成的能带间电子的跃迁形成发射光，该发射光源具有相干性。为了输出相干激光需要满足粒子数反转和阀值条件。粒子数反转条件是必要的，因为只有处在高能级导带上的电子向低能级带发生跃迁时才能辐射出光子，且此光子的能量就是这两个能带的差值。阀值条件则需要前者辐射后的能量增益能够抵消半导体晶体的内部损耗以及外部的输出损耗，激光器只有在满足阀值条件以后才能出现净增益，其阀值条件如式(1)所示:gth=αi+αout(1)式中，gth是阀值增益，αi是晶体内部损耗，αout表示输出损耗。由于其实质就是将电子转变成光子的泵浦元件，所以一般都以阀值电流作为激光器设计前的重要参数［5］。1．2光路系统设计激光二级管驱动电路的设计和对激光二极管温度的控制设计是本光路系统平台的基础，参见图1，光路系统主要包括准直系统、光阑、谐振腔1以及谐振腔2。图2光束发散角(1)准直系统由于激光二极管的特殊结构，其发出的光束在同PN结的垂直方向与平行方向上存在很大差异，如图2所示。本激光二极管发散角范围为θ‖≤8°、θ⊥≤30°。为使输出原场光束均匀分布，采用THOＲLABS公司的激光二极管准直集成系统(LTN330－B)。其准直原理主要采用了双椭圆柱透镜的方法，，当位于椭圆焦点位置的点光源发出一束光，从光密介质射入光疏介质，再经过椭圆面折射之后，光束将变成同此椭圆长轴平行的光。在准直系统中，两个焦距不等的椭圆柱透镜之间

示意图,光束发散角

蟮哪芰吭鲆婺芄坏窒鉣氲继寰绐宓哪诓克鸷?以及外部的输出损耗，激光器只有在满足阀值条件以后才能出现净增益，其阀值条件如式(1)所示:gth=αi+αout(1)式中，gth是阀值增益，αi是晶体内部损耗，αout表示输出损耗。由于其实质就是将电子转变成光子的泵浦元件，所以一般都以阀值电流作为激光器设计前的重要参数［5］。1．2光路系统设计激光二级管驱动电路的设计和对激光二极管温度的控制设计是本光路系统平台的基础，参见图1，光路系统主要包括准直系统、光阑、谐振腔1以及谐振腔2。图2光束发散角(1)准直系统由于激光二极管的特殊结构，其发出的光束在同PN结的垂直方向与平行方向上存在很大差异，如图2所示。本激光二极管发散角范围为θ‖≤8°、θ⊥≤30°。为使输出原场光束均匀分布，采用THOＲLABS公司的激光二极管准直集成系统(LTN330－B)。其准直原理主要采用了双椭圆柱透镜的方法，当位于椭圆焦点位置的点光源发出一束光，从光密介质射入光疏介质，再经过椭圆面折射之后，光束将变成同此椭圆长轴平行的光。在准直系统中，两个焦距不等的椭圆柱透镜之间的距离已被确定好且其母线相互垂直，第1个椭圆柱透镜的作用是将光源快轴方向的发散角压缩，第2个椭圆柱透镜的作用则是压缩光源慢轴方向的发散角。这样在快轴与慢轴两个方向就都能准直光束。原理示意图如图3所示。图3准直光束原理示意图(2)检测器位置在拉曼技术中，对于某一特定的气体来说其拉曼频移是一定的，与激发光的功率没有关系，只跟被检测气体本身的分子结构有关。当我们检测样品池中某一被测气体的浓度时，由于事先已知其分子的拉曼频移和激光的频率，由此可确定滤光片的波长参数，最后通过检测此波长的光子强度?

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