Ag纳米粒子修饰多模光纤的拉曼增强特性实验

为了分析研究光纤表面增强拉曼散射(SERS)探针 的拉曼增强特性,采用简单廉价的化学方法制备Ag纳米颗粒修饰 光纤SERS探针,采用罗丹明6G(R6G,Rhodamine 6G)作为探针分子进行了不同浓度R6G溶 液(10－7~10－9M)的拉曼测试实 验和浓度为10－6M的R6G溶液的Time-course SERS Mapping实验,研究了该光纤 SER S探针的拉曼增强特性,制备的光纤SERS 探针样品检测R6G的极限浓度低至10－9M;在Time-course SE RS Mapping实验中,分 析验证了探针分子溶液蒸发过程对光纤 SERS探针的拉曼增强特性的影响。研究表明,由于制备的光纤SERS探针对荧光噪声没有抑 制作用,导致所测得探针分子 的拉曼光谱受探针分子溶液状态、测试方式的极大影响。当溶液充足时(浸泡状态),所测 光谱信号荧光噪声与有效拉曼光 谱信号都比较大;在溶液干燥过程中,所测光谱信号荧光噪声与有效拉曼光谱信号都减少, 但荧光噪声减小幅度远大于拉曼光谱信号。     

基于激光光声光谱超高灵敏度检测SF_6分解组分H_2S

H_2S是SF_6气体绝缘设备中放电故障诊断的特征组分之一;针对H_2S在红外波段吸收系数小,传统光学检测方法对H_2S检测灵敏度较低的问题,结合大功率光纤激光放大技术、共振式激光光声光谱技术、波长调制光谱技术和二次谐波检测技术,提出了一种基于光纤放大激光光声光谱的SF_6分解组分H_2S气体的超高灵敏度检测方法;采用近红外可调谐窄线宽分布反馈激光二极管级联高饱和输出功率掺饵光纤放大器作为光声激发光源,搭建具有超高灵敏度的激光光声光谱微量H_2S气体检测系统。结果表明:当测量时间为100s时,该系统对SF_6背景中H_2S气体的检测极限达到1.5×10~(-8)。     

双波长激光移频激发拉曼光谱测试系统设计

拉曼光谱检测常常受到荧光干扰,而移频激发拉曼差分光谱法(SERDS)是一种有效抑制拉曼光谱荧光背景的方法。基于该方法,采用两个波长相近、基于体布拉格光栅技术的固定波长激光器,设计了一套拉曼光谱测试系统。通过控制激光器的功率和温度,保证了输出波长的稳定性。采用高灵敏度的薄型背照式面阵CCD,设计了光谱数据采集光路和电路。同时,在软件上实现了差分光谱的三种重构算法,即简单积分算法、带数值插值的简单积分算法和多重约束解卷积算法。在实验中,利用文中系统对强荧光背景的某品牌香油进行了拉曼光谱测量,分别采用这三种算法处理差分光谱进行光谱重构,并对比了重构效果。实验结果表明,设计的系统能够有效抑制荧光对拉曼光谱检测的影响。     

人体皮肤纤维细胞远程拉曼光谱检测研究

在具有表面增强拉曼散射(SERS)基底的锥形光纤探针表面生长人体皮肤纤维细胞,研究了人体皮肤纤维细胞的远程拉曼光谱检测。采用熔融拉锥和化学腐蚀法制备锥形光纤探针,通过化学自组装法将金纳米颗粒固化于锥形光纤探针表面制备出SERS锥形光纤探针。将人体皮肤纤维细胞置于金溶胶培养基混合液中培养,并贴壁生长于SERS光纤探针表面;然后利用显微拉曼光谱仪通过远程检测得到人体皮肤纤维细胞的SERS光谱,并以直接测量方式得到吞金颗粒和未吞金颗粒细胞的SERS光谱。结合远程检测和直接检测结果分析得到人体皮肤纤维细胞拉曼光谱的峰位归属,以及各拉曼特征峰对应的细胞内部组分信息。利用锥形光纤探针能够深入组织内部实施远程检测,有助于在线SERS测量在生物医学研究和诊断中的应用。人体皮肤纤维细胞的拉曼谱检测为在体研究低功率激光对延迟伤口愈合的机理提供了一种手段。     

壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱测试系统设计

基于壳层隔绝纳米粒子增强技术,开发了一种新型的等离激元拉曼光谱测试系统,该系统能够有效地提高被测物质的拉曼反射信号强度。壳层隔绝纳米粒子增强技术采用包裹了极薄的二氧化硅或者氧化铝壳层的单层金纳米粒子,能够产生较强的表面增强效应。整个测试系统的硬件部分主要包括双处理器（ARM和DSP）主控板、半导体激光光源、光谱仪、光纤探头和粒子施加装置;软件部分能够自动获取被测物质的拉曼谱图。这里,粒子施加装置用于自动地将壳层隔绝纳米粒子施加到被测样本中。在实验中,将测试系统用于检测食品违禁添加物三聚氰胺和孔雀石绿,以验证壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱技术。实验结果表明,该测试系统具有较高的测试灵敏度和较短的测试时间,广泛地适用于食品安全中痕量物质快速检测。     

空芯光子晶体光纤与单模光纤耦合优化及在拉曼气体检测中的应用

近年来,光子晶体光纤在拉曼光谱检测中的应用引起了光学界科学家极大地研究兴趣。本文分析了由菲涅尔反射、中心点偏移引起的耦合损耗,并提出了一种新的方法——用T型金属管作为光子晶体光纤和单模光纤的连接器,并计算从单模光纤到光子晶体光纤方向以及从光子晶体光纤到单模光纤方向的最佳耦合距离,分别为15μm和25μm,并用实验证明了结论的可靠性。并且,与传统的检测方法相比,采用光子晶体光纤的检测方法使得拉曼信号得到明显增强,本文也展示出了实验结果。最后,以氮气为背景气,采用氧气肯定了光子晶体光纤同拉曼检测技术相结合后在气体检测方向的应用前景。     

新型凹锥形表面增强拉曼散射光纤探针的制备

研制了一种新型凹锥形表面增强拉曼散射(SERS)光纤探针,研究了光纤探针凹锥形结构的制备方法,分析了凹锥光纤探针形貌与腐蚀时间的关系,通过化学自组装法将金纳米颗粒固化到凹锥内表面,制成凹锥SERS光纤探针,并测试了其远程SERS检测性能。结果表明,凹锥形光纤探针具有更低的光纤拉曼光谱背底,约为同种光纤制备的锥形探针的1/3;在633nm的激发波长下,固化金纳米颗粒的凹锥探针对于罗丹明6G(R6G)溶液的拉曼光谱远程检测浓度低至100nmol/L。这种凹锥形结构使基底不易脱落,探针不易损坏。基于上述优点,该种凹锥形光纤探针可能在SERS远程检测领域具有潜在的应用价值。     

基于表面增强拉曼光谱的光纤生化传感器

基于生化分子检测技术高灵敏度、小型化的需求,通过简单的管式腐蚀法制成一种锥柱组合型光纤探针,并通过相反的静电引力将银纳米颗粒结合到硅烷化的二氧化硅光纤探针表面。用罗丹明6G（R6G）溶液的检测极限来表征该光纤探针的活性和灵敏度,通过优化银纳米颗粒的自组装时间为30mins、光纤探针直径为62μm,制备出高灵敏度的光纤表面增强拉曼散射探针,远端检测R6G的检测极限可达到10-14Mol/L,银纳米颗粒的增强因子为1.36×104。因此,该光纤表面增强拉曼散射探针在分子检测方面有巨大的应用前景。     

荧光光谱技术在晚期糖基化终末产物中的应用

提出了一种把荧光光谱技术应用于检测晚期糖基化终末产物的方法,重点阐述了该荧光光谱检测系统的测量原理,设计了该荧光光谱检测系统.采用氙灯作为激发光源,利用该系统分别对发射波长为440 nm、445 nm、450 nm、455 nm进行激发光谱扫描测试,得出370 nm为最佳激发波长;采用370 nm的单色光作为激发光源,分别对正常人和糖尿病患者的皮肤组织进行荧光光谱检测,通过获得的荧光光谱分析可发现,两者在450 nm附近的荧光光谱存在明显差异.实验结果证明,该荧光光谱测量系统可应用于晚期糖基化终末产物的检测.     

交叉蝴蝶结纳米结构的Fano共振效应用于表面增强相干反斯托克斯拉曼散射的理论研究

Fano共振效应拥有独特的局域场增强效果,在表面增强相干反斯托克斯拉曼散射中,不同波长局域场增强空间位置相同的结构结合Fano共振效应,可以实现混合频率共振模式,使得表面增强相干反斯托克斯拉曼散射总的增强因子得到大幅度提高。采用FDTD软件系统研究了对称的交叉蝴蝶结Au纳米结构的Fano共振效应,该效应使得交叉蝴蝶结结构中心位置附近的电场强度得到大幅度的增强,把该结构应用到表面增强相干反斯托克斯拉曼散射中,可以使表面增强相干反斯托克斯拉曼散射信号的增强因子高达1013,达到单分子检测的水平。     

移频激发差分拉曼光谱仪的多波长光源设计

拉曼光谱检测常常受到荧光的干扰,影响了该技术的推广应用。移频激发差分拉曼光谱方法(SERDS方法)已被证明是一种有效的荧光抑制方法。SERDS实现荧光抑制的关键在于其特殊的激光光源,不仅要求其输出多个相近的波长,而且要求输出的激光功率较高、光谱线宽窄。采用Littrow光栅外腔半导体激光器原理设计实现了一种低成本、便携式的激光光源,可以在15nm的调谐范围内输出多个波长,光谱线宽小于0.2nm,输出功率可达80mW,适合用作移频激发差分拉曼光谱方法的多波长光源,实现拉曼光谱检测中对荧光干扰的抑制。     

乳腺癌氧合血红蛋白表面增强拉曼光谱研究

采用重复性及生物兼容性较好的二维纳米银膜作为氧合血红蛋白表面增强拉曼散射光谱的（SERS）基底，利用具有较好匹配的近红外激光作为激发光源，通过引起共振拉曼效应分别对健康女性和女性乳腺癌患者的氧合血红蛋白进行SERS光谱研究。比较两组氧合血红蛋白平均SERS光谱，发现存在差异。利用SPSS软件的主成分分析（PCA）方法和独立变量T检验统计分析方法，发现两组光谱在659、813和1 122 cm-1拉曼频移处的谱峰有着极显著的区别。对主成分进行归属分析，女性乳腺癌患者氧合血红蛋白分子中，吡咯环的反对称变形振动、对称变形振动以及吡咯环的呼吸振动的强度、相对于健康女性显著减少，从而造成图谱谱峰有明显差异。除此以外，SERS技术结合SPSS统计分析方法能够较好地区分健康女性和乳腺癌患者的氧合血红蛋白，从而有望发展成为一种新型的乳腺癌临床诊断技术。     

可调谐半导体激光光谱火灾气体探测系统

基于火灾特征气体检测的火灾报警技术被认为是一种有着广阔前景的火灾早期探测手段,特别是利用光学吸收方法的火灾气体探测技术,除了能够提供高灵敏、低误报率的火灾报警外,还能够实现火灾的早期预警.提出了基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的火灾气体高灵敏实时检测系统,采用光通信波段光纤耦合近红外分布反馈式(DFB)半导体激光器作为光源,利用两台激光器结合调制频率多路技术实现了火灾标志性气体CO,CO2的同时检测,对CO的最低检测限约为0.00375 mg/m3(3σ),能够满足火灾气体现场检测的需要.     

Efficient Pump Depolarizer Analysis for Distributed Raman Amplifier With Low Polarization Dependence of Gain

This paper discusses a method of reducing the polarization dependence of gain (PDG) of a distributed Raman amplifier. Reducing its PDG is important for a Raman amplifier because it is higher than that of an erbium-doped fiber amplifier and can degrade transmission performance. Raman PDG is determined primarily by two factors, namely 1) polarization-mode dispersion (PMD) of the transmission fiber and 2) degree of polarization (DOP) of the pump source. The authors propose a simple analytical model to show the required pump light DOP for a given transmission fiber's PMD and the allowable PDG. For instance, a low pump DOP of 5% produces a low PDG of 0.2 dB under typical fiber PMD conditions, in which the analytical model agrees well with experiment. Subsequently, to achieve the required DOP, the pump source configuration is investigated in detail. The authors used one length of polarization-maintaining fiber (PMF) as an efficient pump depolarizer and evaluated its performance for various pump light spectra. It has been shown that the DOP following the depolarizer is determined simply by Fourier transformation of the pump light spectrum. The analysis in this paper has led to the important result that a Fabry-Perot laser diode pump with a short piece of PMF is effective in achieving a low pump DOP due to its multimode spectrum when the length of the PMF is properly adjusted for the longitudinal-mode spacing frequency. It has been verified that a Raman amplifier's PDG can be reduced by the proposed efficient depolarizer sufficiently for a PDG-reduced Raman amplifier repeater to be applicable to long-haul transmission systems     

柔性表面增强拉曼光谱芯片制备

柔性表面增强拉曼光谱(SERS)基底具有灵活形变的特点,适合不规则曲面的原位检测,甚至可以直接进行擦拭取样的检测。对不同反射率的衬底进行仿真分析和实验测试,可以看到衬底的反射率对拉曼信号的收集有极大的影响。在波长为532 nm的光激发铝箔具有高反射率,因此选择铝箔作为衬底,采用银溶胶滴铸法制备柔性SERS芯片。实验通过控制溶剂成分,利用表面张力梯度引起向内马兰哥尼(Marangoni)流动以抑制咖啡环的产生,可以改善纳米粒子的分布均匀性。拉曼测试结果表明,SERS芯片的增强因子高达1.32×10⁸,对R6G溶液的检测限低至1×10^-11mol,同时芯片表现出良好的信号均匀性。     

金颗粒为活性基底的裸鼠血清表面增强拉曼散射光谱分析

对肿瘤裸鼠血清进行显微共聚焦拉曼光谱测量,并将血清的普通拉曼光谱与以金纳米颗粒为基底的表面增强拉曼散射(SERS)光谱进行对比,结果表明金纳米粒子作为活性基底对裸鼠血清具有显著的拉曼增强作用,在很多常规拉曼光谱中未能检测出的信息在SERS光谱中得以体现。这源于血清中的物质与金纳米颗粒之间的化学吸附和相互作用,使得微量样品也能够通过SERS光谱来反映出血清中各种蛋白质、脂类、糖类、核酸以及其他成分的分子结构等信息。血清中各种成分的信息可以反映体内各种细胞和组织的生理代谢及病理变化,血清的SERS光谱将为疾病的诊断和治疗提供一种有效手段。     

基于谐波检测原理的双光路CH4检测研究

基于谐波检测原理,研究了一种高灵敏度易于实现的近红外光谱吸收型光纤CH4气体传感器.系统采用分布反馈式(DFB)LD做光源,通过光源调制实现气体浓度的谐波检测,加入参考光路和参考气室,利用2个二次谐波的比值作为系统输出,消除了光源波动和光路干扰的影响,建立了传感器的数学模型,给出了CH4气体测量系统的实验结果,实验表明,该仪器的检测灵敏度可以达到1×10-4.     

Two-Directional CW THz Wave Generation System by Pumping With a Single Fiber Amplifier of Near-IR Lasers

We constructed a two-directional continuous-wave (CW) terahertz (THz) wave generation system with laser diode pumping. The generation method is based on difference frequency generation (DFG) of two near-infrared (NIR) lasers by excitation of phonon polaritons in a GaP crystal. The two NIR lasers for DFG are amplified simultaneously using one ytterbium-doped fiber amplifier (FA). Efficient beam overlapping of the NIR lasers was achieved on the GaP crystal surface. This system consists of a simple optical design with a single FA. Narrow linewidth CW THz waves, which are generated in two directions, can be applied to high-resolution spectroscopy.      

组合锥型光纤SERS探针的理论设计与优化

对组合锥型光纤表面增强拉曼（SERS）探针的结构参数进行了设计与优化。通过建立描述消逝波激发组合锥光纤探针表面纳米颗粒的激发光衰减系数模型,结合激发光经渐变锥段的全反射传输、探针平直段与激发光纤间的模式匹配原理,给出了组合锥型光纤SERS探针的结构参数设计与优化方法。利用该设计与优化方法,在给定的光纤和纳米颗粒结构以及周围环境和激发光功率下,进行了光纤SERS探针结构参数的模拟设计。