【摘要】：拉曼效應因其拉曼散射強度低,用于物質的定量分析時,靈敏度過低的缺點使其在廣泛應用時受到阻礙,需要尋找方法實現(xiàn)拉曼增強。設計從諧振腔基本理論出發(fā),重點分析了諧振腔腔長與拉曼散射強度的關系,通過腔與腔之間的模式匹配來減小腔內(nèi)的激光損耗,最終實現(xiàn)拉曼光的增強。實驗結果顯示,諧振腔樣品池內(nèi)的拉曼信號顯著增強,驗證了諧振腔方式增強拉曼效應方法的可行性。
【圖文】：

第1期王洋，蔣書波等:諧振腔方式增強拉曼效應的研究實驗系統(tǒng)結構如圖1所示，系統(tǒng)對激發(fā)光本身的特性有較高要求，需要保證其中心波長及穩(wěn)定性［4］。圖1實驗系統(tǒng)結構簡圖1．1半導體激光器半導體激光器也稱作激光二極管(LD)，LD通過兩個由半導體晶體構成的能帶間電子的躍遷形成發(fā)射光，該發(fā)射光源具有相干性。為了輸出相干激光需要滿足粒子數(shù)反轉和閥值條件。粒子數(shù)反轉條件是必要的，因為只有處在高能級導帶上的電子向低能級帶發(fā)生躍遷時才能輻射出光子，且此光子的能量就是這兩個能帶的差值。閥值條件則需要前者輻射后的能量增益能夠抵消半導體晶體的內(nèi)部損耗以及外部的輸出損耗，激光器只有在滿足閥值條件以后才能出現(xiàn)凈增益，其閥值條件如式(1)所示:gth=αi+αout(1)式中，gth是閥值增益，αi是晶體內(nèi)部損耗，αout表示輸出損耗。由于其實質就是將電子轉變成光子的泵浦元件，所以一般都以閥值電流作為激光器設計前的重要參數(shù)［5］。1．2光路系統(tǒng)設計激光二級管驅動電路的設計和對激光二極管溫度的控制設計是本光路系統(tǒng)平臺的基礎，參見圖1，光路系統(tǒng)主要包括準直系統(tǒng)、光闌、諧振腔1以及諧振腔2。圖2光束發(fā)散角(1)準直系統(tǒng)由于激光二極管的特殊結構，其發(fā)出的光束在同PN結的垂直方向與平行方向上存在很大差異，如圖2所示。本激光二極管發(fā)散角范圍為θ‖≤8°、θ⊥≤30°。為使輸出原場光束均勻分布，采用THOＲLABS公司的激光二極管準直集成系統(tǒng)(LTN330－B)。其準直原理主要采用了雙橢圓柱透鏡的方法，，當位于橢圓焦點位置的點光源發(fā)出一束光，從光密介質射入光疏介質，再經(jīng)過橢圓面折射之后，光束將變成同此橢圓長軸平行的光。在準直系統(tǒng)中，兩個焦距不等的橢圓柱透鏡之間

蟮哪芰吭鲆婺芄壞窒鉣氳繼寰紿宓哪誆克鷙?以及外部的輸出損耗，激光器只有在滿足閥值條件以后才能出現(xiàn)凈增益，其閥值條件如式(1)所示:gth=αi+αout(1)式中，gth是閥值增益，αi是晶體內(nèi)部損耗，αout表示輸出損耗。由于其實質就是將電子轉變成光子的泵浦元件，所以一般都以閥值電流作為激光器設計前的重要參數(shù)［5］。1．2光路系統(tǒng)設計激光二級管驅動電路的設計和對激光二極管溫度的控制設計是本光路系統(tǒng)平臺的基礎，參見圖1，光路系統(tǒng)主要包括準直系統(tǒng)、光闌、諧振腔1以及諧振腔2。圖2光束發(fā)散角(1)準直系統(tǒng)由于激光二極管的特殊結構，其發(fā)出的光束在同PN結的垂直方向與平行方向上存在很大差異，如圖2所示。本激光二極管發(fā)散角范圍為θ‖≤8°、θ⊥≤30°。為使輸出原場光束均勻分布，采用THOＲLABS公司的激光二極管準直集成系統(tǒng)(LTN330－B)。其準直原理主要采用了雙橢圓柱透鏡的方法，當位于橢圓焦點位置的點光源發(fā)出一束光，從光密介質射入光疏介質，再經(jīng)過橢圓面折射之后，光束將變成同此橢圓長軸平行的光。在準直系統(tǒng)中，兩個焦距不等的橢圓柱透鏡之間的距離已被確定好且其母線相互垂直，第1個橢圓柱透鏡的作用是將光源快軸方向的發(fā)散角壓縮，第2個橢圓柱透鏡的作用則是壓縮光源慢軸方向的發(fā)散角。這樣在快軸與慢軸兩個方向就都能準直光束。原理示意圖如圖3所示。圖3準直光束原理示意圖(2)檢測器位置在拉曼技術中，對于某一特定的氣體來說其拉曼頻移是一定的，與激發(fā)光的功率沒有關系，只跟被檢測氣體本身的分子結構有關。當我們檢測樣品池中某一被測氣體的濃度時，由于事先已知其分子的拉曼頻移和激光的頻率，由此可確定濾光片的波長參數(shù)，最后通過檢測此波長的光子強度?

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