用于無熒光拉曼光譜儀的多波長外腔激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種外腔激光發(fā)射裝置，更具體的說，涉及一種用于無熒光拉曼光譜儀的多波長外腔激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，拉曼光譜儀在現(xiàn)場檢測、毒品分析、農(nóng)藥檢測等領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。然而，在對農(nóng)藥、毒品、爆炸物等進行檢測的過程中，拉曼光譜受到強熒光干擾。拉曼光強度遠小于熒光強度以至于被熒光淹沒從而無法檢測到拉曼光譜。因此，為了能高效地檢測拉曼光譜必須抑制熒光。
[0003]現(xiàn)階段，抑制熒光的方法有很多種，主要采用的是基線校正?；€校正即通過特定的算法擬合出光譜圖中的熒光背景并將其扣除。由于存在擬合誤差，基線校正不適用于熒光背景比較復雜的情況，會存在一些人為失真。
[0004]相較而言，現(xiàn)有的便攜式拉曼光譜儀采用的多波長移頻激發(fā)法(SEDRS)能夠適應(yīng)在復雜的背景下有效抑制熒光。其依據(jù)的原理是:由于熒光波長不會隨著激發(fā)光波長改變而改變，拉曼光譜峰卻會發(fā)生明顯的位移。因此，用兩個波長相差微小(一長一短)的光分別激發(fā)樣品獲得兩組帶有熒光背景的拉曼光譜(同一圖中)，如圖1所示;再將兩組帶有熒光背景的拉曼光譜進行差分即可消除熒光，得到具有“一正一負”的差值拉曼光譜，如圖2所示。最后，利用相關(guān)算法復原拉曼光譜。
[0005]多波長移頻激發(fā)法的關(guān)鍵在于產(chǎn)生多波長拉曼激發(fā)光源。以雙波長拉曼激發(fā)光源為例，目前此類光源主要采用可調(diào)諧外腔半導體激光器，其利用光柵作為反饋元件，通過轉(zhuǎn)動光柵實現(xiàn)波長調(diào)諧。如圖3所示為目前常見的可調(diào)諧外腔半導體激光器示意圖，其中激光二極管I輸出的光經(jīng)過準直透鏡2入射至光柵3上，一級衍射光反射回激光二極管I中參與模式競爭實現(xiàn)單縱模輸出；繞預定支點旋轉(zhuǎn)光柵3—定角度δ，使得入射光的衍射角從圖中Q1變?yōu)棣?，根據(jù)光柵衍射公式“2d.sin0=m.λ”，可知相應(yīng)的輸出波長λ也發(fā)生了變化，d為光柵周期。
[0006]改變一級衍射光波長即可實現(xiàn)波長調(diào)節(jié)。由于存在機械移動部件(光柵3的轉(zhuǎn)動機構(gòu))，該方案具有調(diào)諧結(jié)構(gòu)復雜，穩(wěn)定性差，輸出波長重復性弱、多波長切換不便、精度低，不便于耦合(由于輸出方向不一致導致)，調(diào)節(jié)繁瑣等缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明目的是:提供一種用于無熒光拉曼光譜儀的多波長外腔激光器，其基于移頻激發(fā)原理，能夠克服已知激光發(fā)射裝置調(diào)諧結(jié)構(gòu)復雜，穩(wěn)定性差，輸出波長重復性弱、多波長切換調(diào)節(jié)不便的缺點，旨在實現(xiàn)無光柵移動部件的穩(wěn)固結(jié)構(gòu)，操作更加方便，輸出波長更加穩(wěn)定，且便于耦合。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種用于無熒光拉曼光譜儀的多波長外腔激光器，其特征在于包括:
[0009]平行激光發(fā)射裝置，該裝置包括由至少兩個中心波長相同的激光二極管組成的激光二極管陣列和布置于激光二極管陣列前端的用于將各激光二極管發(fā)出的激光束校準為平行的準直激光束的準直激光校準光學元件；
[0010]光柵，其布置于前述平行的準直激光束的出射路徑上構(gòu)成外腔，并且該光柵上對應(yīng)于所述各準直激光束的入射點區(qū)域分別具有不同的光柵周期，各準直激光束經(jīng)該光柵衍射后形成同向輸出且具有波長差異的零級反射光束和沿原路返回相應(yīng)激光二極管內(nèi)部參與諧振腔內(nèi)部模式競爭的一級衍射光束；
[0011]光纖合路輸出裝置，包括光纖耦合透鏡和光纖合路器，所述光纖耦合透鏡用于將經(jīng)由前述光柵出射的所述零級反射光束匯聚至光纖合路器進行波長輸出；
[0012]控制器，包含連接并驅(qū)動各激光二極管獨立通斷的電源切換電路。
[0013]進一步的，本發(fā)明中所述的準直激光校準光學元件包括快軸準直鏡和微透鏡陣列，所述微透鏡陣列包括至少兩個微透鏡，且各微透鏡與所述激光二極管陣列中的各激光二極管一一對應(yīng)，而所述快軸準直鏡則布置在激光二極管陣列和微透鏡陣列之間。
[0014]優(yōu)選的，本發(fā)明中所述光柵為啁啾光柵或是由至少兩個不同周期光柵拼接起來的拼接光柵。
[0015]需要指出，依據(jù)公式“2d.sin0=m.λ”，本案中準直激光束相對于光柵的入射角度Θ，以及光柵上各區(qū)域周期d的實際范圍都是根據(jù)各激光二極管的中心波長來預先確定的，目的是盡量保證經(jīng)光柵輸出的各零級反射光束的波長數(shù)值在中心波長附近。
[0016]本發(fā)明中涉及的連接并驅(qū)動各激光二極管獨立通斷的電源切換電路是本領(lǐng)域技術(shù)人員均可實現(xiàn)的已知技術(shù)。
[0017]本發(fā)明的工作原理如下:
[0018]激光二極管陣列和前端的準直激光校準光學元件確保平行準直激光束的產(chǎn)生。陣列中的激光二極管均勻且并排布置，它們射出的激光束經(jīng)快軸準直鏡準直，再分別透過對應(yīng)的微透鏡出射后即形成平行的準直激光束。
[0019]平行的準直激光束入射至前端的光柵上，雖然入射點位置不同，但經(jīng)光柵衍射后產(chǎn)生的衍射角Θ則相同。本案中由于光柵采用特殊結(jié)構(gòu)，其上對應(yīng)于各準直激光束的入射點區(qū)域分別具有不同的光柵周期，根據(jù)光柵衍射公式“2d.sin0=m.λ”，可知周期d的差異保證了各準直激光束經(jīng)光柵衍射后的輸出波長λ也不同。
[0020]本案中各激光二極管是預先固定的，對于不同波長輸出的切換是依靠控制器內(nèi)的電源切換電路來實現(xiàn)，通過電路的切換使得各激光二極管獨立通斷，完成各自的波長輸出。當然本案只是拉曼光譜儀的前端激光發(fā)射裝置，各激光二極管經(jīng)光柵衍射產(chǎn)生的波長不等的零級反射光束由光纖合路器收集后，分別激發(fā)樣品以獲得(由拉曼光譜儀內(nèi)部的感應(yīng)器檢測)多組熒光背景的拉曼光譜，再通過處理器差分運算最終合成出熒光抑制良好的復原拉曼光譜。
[0021]本發(fā)明通過合理設(shè)置(刻線)光柵上對應(yīng)各準直激光束的不同入射點區(qū)域的光柵周期，或選擇滿足要求的預制啁啾光柵，或根據(jù)需要選擇將選定的不同周期光柵拼接起來制成的拼接光柵，即通過改變周期d就能夠?qū)崿F(xiàn)最終輸出波長的調(diào)諧。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點是:
[0023]本發(fā)明旨在提供一種無機械調(diào)節(jié)部件的結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)固、輸出波長更加穩(wěn)定，且操作更加簡單方便的用于無熒光拉曼光譜儀的多波長外腔激光器。本發(fā)明相比現(xiàn)有的利用轉(zhuǎn)動式光柵(機械調(diào)節(jié)部件)實現(xiàn)波長調(diào)諧的外腔半導體激光器而言，其具有如下優(yōu)勢:
[0024]I)通過電源切換電路控制實現(xiàn)不同輸出波長的切換，無機械調(diào)節(jié)部件即無需轉(zhuǎn)動光柵，消除了機械調(diào)節(jié)的不可靠性和可能引入的誤差，使得調(diào)諧結(jié)構(gòu)更加簡單穩(wěn)固，保證了輸出波長的高穩(wěn)定性，實際操作時波長輸出的重復性強，能夠大大提高調(diào)諧精度；
[0025 ] 2)通過電源切換電路控制實現(xiàn)不同輸出波長的切換，可方便、快速切換波長，操作更加簡單，能夠節(jié)約工作時間，提高工作效率；
[0026]3)通過光柵外腔反饋實現(xiàn)單縱模輸出，線寬〈0.2nm;
[0027]4)本發(fā)明使用同一塊光柵給多個激光二極管做反饋，而不是一個光柵對應(yīng)一個激光二極管，且激光二極管之間排布成陣列，而非任意角度排布，故反饋結(jié)構(gòu)布局簡單，能夠節(jié)約制造成本。
[0028]5)本發(fā)明中由于光柵位置不動，各平行準直激光束經(jīng)光柵衍射后的零級反射光也為平行光，輸