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微型結構光纖光譜小秘密
閱讀：502 發布時間：2021-5-24
NIR-M-F1是一款極為小巧的光纖型近紅外光譜儀，具有行業通用的標準SMA905接口，可用于替代價格昂貴的傳統近紅外光纖光譜儀。光纖接口特別適用于各類光路搭建，用于反射、透射/吸光度及光源測量。近紅光譜儀微型光纖式模塊
直接吸收光譜技術基于比爾-朗伯定律，P = P0(v)exp[-α(v)γCL]。當特定頻率(v)的激光通過待測物質時，一部分光能量被吸收，造成透射光功率的降低。通過分析透射譜可以確定待測物質的濃度(C)和種類。微納結構光纖光模場與待測樣品重疊效率(γ)高, 作用距離(L)長，可以增大吸收信號，提高探測靈敏度。
光熱/光聲光譜技術是一種間接測量光譜吸收的方法，通常采用泵浦-探測方案。波長或功率調制的泵浦光經樣品吸收后，產生溫度變化或者發射聲波，引起探測光相位變化。通過干涉解調相位的變化可以獲得待測物質的種類和濃度。和強度探測相比，相位檢測靈敏度高、動態范圍大。光熱/光聲相位調制信號正比于泵浦光功率密度和氣體吸收長度。
空芯光纖中光與氣體作用距離長，基模模場的面積比自由空間光束要小得多。對同樣的泵浦光功率，光纖中心點的溫度可以比自由光束的溫度要高的多。同時，空芯光纖中氣體的熱傳導特性使得光熱相位調制幅度在高頻部分（10-100 kHz）比空間光學系統大；因此在這一頻段工作， 可以提高檢測的信噪比。作者團隊利用5-15 cm 的空芯光纖作為樣品池，實現了多種氣體的高靈敏度（ppb量級）檢測，包括乙炔，氨氣, 甲烷, 乙烷 , 乙烯和二氧化碳等。
拉曼光譜技術也采用泵浦-探測方案。當泵浦光和探測光的頻率差與樣品中待測物質的拉曼頻移相匹配時，會產生拉曼增益和色散, 同時放大探測光的功率和調制探測光的相位。然而，由于氣體分子的拉曼散射截面非常小，導致拉曼信號通常很微弱。微納結構光纖模場面積小，增益距離長的特點，可以大大提高拉曼信號激發和收集的效率。
直接吸收光譜技術基于比爾-朗伯定律，P = P0(v)exp[-α(v)γCL]。當特定頻率(v)的激光通過待測物質時，一部分光能量被吸收，造成透射光功率的降低。通過分析透射譜可以確定待測物質的濃度(C)和種類。微納結構光纖光模場與待測樣品重疊效率(γ)高, 作用距離(L)長，可以增大吸收信號，提高探測靈敏度。
光熱/光聲光譜技術是一種間接測量光譜吸收的方法，通常采用泵浦-探測方案。波長或功率調制的泵浦光經樣品吸收后，產生溫度變化或者發射聲波，引起探測光相位變化。通過干涉解調相位的變化可以獲得待測物質的種類和濃度。和強度探測相比，相位檢測靈敏度高、動態范圍大。光熱/光聲相位調制信號正比于泵浦光功率密度和氣體吸收長度。
空芯光纖中光與氣體作用距離長，基模模場的面積比自由空間光束要小得多。對同樣的泵浦光功率，光纖中心點的溫度可以比自由光束的溫度要高的多。同時，空芯光纖中氣體的熱傳導特性使得光熱相位調制幅度在高頻部分（10-100 kHz）比空間光學系統大；因此在這一頻段工作， 可以提高檢測的信噪比。作者團隊利用5-15 cm 的空芯光纖作為樣品池，實現了多種氣體的高靈敏度（ppb量級）檢測，包括乙炔，氨氣, 甲烷, 乙烷 , 乙烯和二氧化碳等。
拉曼光譜技術也采用泵浦-探測方案。當泵浦光和探測光的頻率差與樣品中待測物質的拉曼頻移相匹配時，會產生拉曼增益和色散, 同時放大探測光的功率和調制探測光的相位。然而，由于氣體分子的拉曼散射截面非常小，導致拉曼信號通常很微弱。微納結構光纖模場面積小，增益距離長的特點，可以大大提高拉曼信號激發和收集的效率。