第36卷，第1期 2016年1月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
基于空芯光纤增强拉曼光谱气体探测方法研究
郭金家，杨德旺，刘春昊
中国海洋大学信息科学与工程学院，山东青岛266100
Vol.36,No.1-pp96-98
January,2016
摘要拉曼光谱技术具有多组分同时探测、分析周期短和非接触等特点，被应用于多个领域，但是由于较低的探测灵缴度，限制拉受光谱技术的发展。针对提高拉受光谱技术对气体探测灵敏度间题，本文设计并搭建了一套基于空芯光纤气体拉曼光谱增强系统，开展了空芯光纤拉曼光谱系统和后向散射拉曼光谱实验系统对比实验研究。实验结果表明，空芯光纤对信号、背景和噪声都具有放大效果，以空气中氮气和氧气为探测物质，与后向拉曼光谱信号相比，在相同探测时间情况下，信号强度增强60倍以上，信噪比增强约6
倍；在相同探测强度情况下，探测时间仅为后向散射的1/60，噪声为后向散射拉曼系统的1/2。关键词拉曼光谱；气体探测；空芯光纤：长光程增强
文献标识码：A
中图分类号：0657.3
引言
DOI : 10, 3964 /j. issn. 1000-0593(2016 )01-0096-03
身材料的影响，会产生较强的荧光干扰。Pearman等8-9]受液芯光纤长光程拉曼增强的启发，采用一根长50cm、内径2 mm的内部镀膜空芯光纤进行拉曼增强，该光纤对氮气的拉
拉受光谱技术被产泛应用于物质的分析检测，在气体检
测方面具有分析周期短、装置简单、可同时探测多种气体等技术优势，但是存在灵敏度不足的问题。国内外采用很多方法以增强拉受光谱探测录灵致度，其中典型的是采用多次反射增强的方式，早在1974年Hill就报道了用于拉曼散射增强的多次反射腔，之后采用由两对相互垂直的全反镜和一对其焦的平凸透镜组成的多次反射腔，在焦点处的光强获得约 20倍的增强"]。近年来，依然有很多学者对多次反射腔进行改进，并获得了很好的结果。2008年李晓云等3设计出近共焦拉曼增强腔，系统的气体检测限可提高到几十Ppm，杨德旺等[进一步将近心焦腔的检测限提高到十几ppm。2011年 Utsav等对Herriott腔进行改进，拉曼信号强度增强了83 倍，信噪比由9.3增加到153
多次反射腔可以极大的提高拉曼散射强度，但是多次反射腔采用两个高反射率腔镜进行增强，对光路调节和稳定性有者很高的要求，近年来有学者开始采用空芯光纤对拉受气体进行增强。采用空芯光纤对拉受气体信号进行增强可以分为两类，一类是采用光子晶体光纤进行增强：另一类是采用内壁镀膜的空管光纤进行增强。
Buric等6-7采用光子晶体光纤获得了儿百倍的增强，光子晶体光纤可极大提高拉曼气体探测灵敏度，但芯径较细，对准比较困难，而且一股都限定在特定波长：另外还受到本
收稿日期：2014-10-13，修订日期：2015-01-28
基金项目：国家(863)计划项目（2012AA09A405）资助
作者简介：郭金家，1979年生，中国海洋大学高级工程师
曼信号增强约20倍
针对提高拉受光谱对气体探测的增强方法，设计并搭建一套基于空芯光纤的拉曼光谱增强系统，采用一根长1m、内径500m的空芯光纤进行拉曼增强，并对该系统的增强
效果进行了评估。 1实验部分
实验装置如图1所示，实验采用半导体泵浦的二借频 Nd:YAG连续激光器作为激发光源，功率为100mW，激发光经透镜聚焦到空芯光纤内，微光在空芯光纤内发生全反射，对光纤内样品气体进行激发，产生的拉曼信号由双透镜组成的收集光路导人到连接光谱仪的光纤内，进而由光谱仪分析空芯光纤内样品气体的成分。实验中所采用的空芯光纤
532nm longpass filter
Acton
SP300 图
532 nm laser
Hollow core optical fiber
Fig,1Schematic of Raman setup based
on hollow core optical fiber
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