空心光子晶体光纤在拉曼光谱仪中的应用

针对拉曼散射是一种弱散射,同时由于空心光子晶体光纤(HC—PCF)能显著增强光与填充介质之间的相互作用,提出将HC—PCF应用到拉曼光谱仪中,利用平面波展开法对HC—PCF的光子带隙与场分布进行模拟分析,探讨了HC—PCF的参数对拉曼散射强度的影响。通过理论研究发现光子晶体光纤可根据实际应用的需要,通过改变光纤的周期结构或包层气孔之间的间距来改变光子带隙,从而可传输不同波段的光。结果表明了HC—PCF在拉曼光谱仪中应用的可行性,为拉曼光谱仪在分子结构检测与分析提供了新的技术方法,也为HC—PCF的应用和研究开拓了广阔前景。

基于空心光子晶体光纤谐振腔的激光器频率调谐系数测试

针对激光器频率调谐系数测试应用的需求,提出了基于空心光子晶体光纤的激光器频率调谐系数测试装置的方案。首先,对测试装置的总体方案、光子晶体光纤谐振腔的基本结构进行设计,重点完成了激光器频率调谐系数测试方法的数值计算和机理分析;之后,完成了光子晶体光纤谐振腔的设计和加工,并搭建了激光器频率调谐系数测试装置;最后,对目前常用的窄线宽光纤激光器和半导体激光器进行频率调谐系数测试。光纤激光器的电压-频率调谐系数为17.6 MHz/V,与激光器出厂指标基本吻合,而且光纤激光器的频率调谐系数在调谐范围内具有良好的一致性。半导体激光器在调谐范围内的调谐系数不均匀,容易受环境的影响,测得电流-频率调谐系数的平均值为30.9 MHz/mA。研究结果表明,测试装置的精度远高于商用波长计,并且具有良好的长期稳定性,充分体现出了空心光子晶体光纤谐振腔作为频率基准进行频率检测所具有的测频精度高、温度漂移小的技术优势。

基于HC-PCF的增强拉曼气体检测方法

自发拉曼散射是一种弱效应,在检测气体等低浓度物质时得到的信号往往非常微弱,很难辨识。针对这一问题,首先模拟了空心光子晶体光纤(HC-PCF)对激光能量密度的增强作用,讨论其与激光束耦合联接的条件,然后用HC-PCF作样品气的腔体,设计出一种与激光谐振腔部分重叠的反射腔,对样气中的氮气浓度进行检测。试验结果表明:把空心光子晶体光纤和反射腔结合起来可以有效增强自发拉曼信号的产生,且适用于气体浓度检测。

甲苯填充HC-PCF的拉曼光谱增强效应研究

当前广泛应用的增强技术有:表面增强拉曼光谱、共振拉曼光谱和显微增强拉曼光谱等,由于它们都存在着局限性,只能在不同的领域有着各自的优势,不能成为通用的方法在工业现场使用。而空心光子晶体(Hollow Core Photonic Crystal Fiber,简称HC-PCF)能增强光与填充介质之间的相互作用,因此利用HC-PCF独特的填充性,结合拉曼光谱仪将甲苯作为填充液进行实验研究,比传统方法散射强度增强了10倍左右。然后在不同长度的空芯光子晶体光纤中央芯孔内填充甲苯,研究拉曼光谱的增强效果。结果表明HC-PCF结合拉曼光谱分析技术可以作为弱拉曼效应的气体、低浓度液体、石油化工和临床医学中病理样品等高灵敏的检测和分析的方法,其拥有广阔的应用前景和市场。

基于TDLAS-WMS的CO_(2)检测系统研究

采用空心光子晶体光纤(HC-PCF)作为气室,将可调谐二极管激光光谱吸收技术—波长调制技术(TDLAS-WMS)与谐波比值检测相结合,利用CO_(2)吸收光谱中1 572.335 nm吸收峰,实现了CO_(2)气体体积分数测量。系统采用发射波长为1573 nm,功率为1 m W的分布反馈式激光器(DFB)作为光源,5 k Hz余弦波用于波长调制,20 Hz锯齿波用于波长扫描,使用光电探测器、数据采集卡采集被气体吸收的光信号,采用基于Lab VIEW的后处理相关算法计算CO_(2)气体体积分数。实验结果表明:在1 s内测量系统最小探测极限为25×10_(-6),在31 s内可进一步提高至15×10_(-6)。