基于折疊近共心腔的拉曼光譜氣體探測方法研究

劉慶省，楊德旺，郭金家*，燕傲霜，鄭榮兒

1. 中國海洋大學信息科學與工程學院，山東 青島 266100 2. 齊魯工業大學(山東省科學院)激光研究所，山東 青島 266100

引 言

拉曼光譜技術可以探測到分子的振動和轉動光譜，被普遍應用于化學成分分析[1]、海洋探測[2-3]以及生物醫學[4]等領域。與其他探測方法相比，拉曼光譜技術傳感器具有多組分同時探測、無需樣品預處理等優勢，但是較低的靈敏度制約了其更廣泛的應用。為了提高拉曼光譜的探測靈敏度，研究人員發展了諸多的增強技術，例如表面增強拉曼技術、共振拉曼光譜技術、多次反射腔拉曼信號增強技術等。表面增強拉曼光譜技術對于拉曼信號具有非常明顯的增強效果，但是其增強效果受基底影響較大，可重復性不高。另外，從目前的報道來看，表面拉曼光譜增強技術對有機分子增強效果較為明顯，對于氣體探測的表面增強拉曼光譜報道較少[5]；共振拉曼光譜技術通常需要采用波長可調諧激光器，用以對特定的信號進行增強。但對于二氧化碳、甲烷、氫氣等氣體探測，上述兩種方法都不太有效，利用多次反射腔來提高拉曼光譜靈敏度是痕量氣體檢測的常用方法，并且已經取得了大量卓有成效的結果。

1974年Hill等首次將多次反射腔應用到提高拉曼光譜靈敏度中，實驗中采用平凹腔，獲得了93倍的增強效果[6]。1977年Hill和Mulac等提出了拉曼多通反射池，經過多次反射，焦點處激光的光強可實現近20倍的增強[7]。2001年，Taylor等利用了外部諧振腔的穩定性，結合CCD和激光頭等部件，研制出了一種激光放大系統，該系統相對于以往的單程激光反饋，其拉曼散射光的強度增大了250倍[8]。……