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作者： 时间：2022-11-28
王品一等在他们发表的文章《注入锁定腔增强拉曼光谱微量气体检测技术》中介绍了一种提高微量气体拉曼散射强度的方法，以便更好地检测气体，有潜力替代传统光谱方法成为新的气体检测方法。
拉曼光谱检测技术因其对样品的无损检测以及无需特殊准备等优点被广泛应用于生物，化学，工业等领域。在微量气体检测方面，由于气体分子的拉曼散射截面积很小，所以为了增强拉曼散射的强度，采用增强腔的结构，通过利用F-P谐振腔的原理，提高腔内激光的强度和散射路径，由此可以增强拉曼散射的强度和检测灵敏度。
Layertec镜片用于腔增强拉曼光谱气体检测的实验基本原理
增强腔采用F-P腔结构，在一定条件下根据激光的干涉相长提高腔内的光场强度和散射的路径长度，进而增强拉曼散射光的信号。光腔中任意一条傍轴光线在腔内往返多次你不会横向射出腔外ia，会形成稳定的自再现状态，称之为稳定腔。但是实际实验过程中，受激光的热效应影响，腔镜会发生受热形变，可能无法维持稳定腔的模式，因此会将这个影响因素考虑在平台搭建中，文中采用注入锁定技术，即由一束低功率窄线宽激光器（主激光器）发出的激光束入射到高功率宽线宽的激光器（从激光器）中，如果注入效率和相位满足一定条件，主激光器的频率特性就会被复制到从激光器。在注入腔锁定增强中，F-P腔可作为主激光器和鉴频器，激光源为从激光器，光源（从激光器）发出的激光在F-P腔中振荡，然后输出满足谐振条件的频率梳，反馈回从激光器，依据注入锁定原理，从激光器也会振荡形成同模式的激光，在腔内经过无数次反射发生干涉相长，拉曼散射光的强度和传播路径都能得到大幅度的提高。
Layertec镜片用于腔增强拉曼光谱气体检测的实验光路结构
F-P谐振腔两端腔镜分别采用Layertec 171883平凹镜，两个Layertec平凹透镜相向放置，凹面一侧镀高反射膜，其对1500nm至1700nm的波段的入射光反射率高达99.98%，平面一侧镀增透膜，反射率低至0.25%，这样外界的半导体激光器输入到F-P腔之后会发生干涉相长，实现激光强度的增强和散射路径的增加。高反膜保证了绝大多数光子能量存在于谐振腔中，增透膜作用是将经过凹面的光信号进行尽可能地传输出腔外进行检测分析。
实验检测与分析
进行实验之前需要用真空泵将腔内气体抽出，检测气室内有四个拉曼峰，分别是残余的O2，N2，以及腔镜材料的拉曼峰。腔内气体抽出后，依次通入分压1kPa的H2，CO，CO2，CH4，C2H6，C2H4，C2H2单一气体，随后进行腔增强拉曼光谱检测，积分时间20s。混合气体的腔增强拉曼光谱如图所示。实验结果表明，利用腔增强的原理构造检测平台，可以实现传统光谱检测法难以检测的微量同核双原子气体，且利用单一波长可以同时检测多种混合气体，具有十分重要的应用意义。
参考文献
王品一, 万福, 王建新,等. 注入锁定腔增强拉曼光谱微量气体检测技术[J]. 光学精密工程, 2018, 26(8):8.
