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CN110082322A - 一种光纤探针荧光光谱仪及光纤探针的制备方法 - Google Patents

一种光纤探针荧光光谱仪及光纤探针的制备方法 Download PDF

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CN110082322A CN201811589347.9A CN201811589347A CN110082322A CN 110082322 A CN110082322 A CN 110082322A CN 201811589347 A CN201811589347 A CN 201811589347A CN 110082322 A CN110082322 A CN 110082322A
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陈媛晨
邢颍滨
彭景刚
杨旅云
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Abstract

本发明公开一种光纤探针荧光光谱仪，包括泵浦源、光纤探针、光谱仪，所述泵浦源为可见光波段到红外波段(400nm～2000nm)能够激发样品荧光的光源，所述光纤探针为1*N(根据光纤尺寸，N＝1，2，3，4，5，6等)合束器，所述光纤探针一端与光源耦合、另一端耦合到接收光纤，所述光谱仪接收到接收光纤信号后送入电脑进行处理和显示。通过该装置可以测得样品的光谱图。

Description

一种光纤探针荧光光谱仪及光纤探针的制备方法
技术领域
本发明涉及检测仪器技术领域，更具体地，涉及一种光纤探针荧光光谱仪及光纤探针的制备方法。
背景技术
现在科技进步飞速，微型多媒体终端的出现和电子技术的发展，使光谱仪器向智能化、自动化、小型化等方面发展，国外的便携型光谱仪的发展十分迅速，许多商品化的光谱仪的出现已打破了原有的光谱仪市场。而我国对便携型光谱仪的研究近几年才开始起步，目前的光谱仪不太适合检测粉体、不透明固体、微小型器件。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决现有光谱仪不太适合检测粉体、不透明固体、微小型器件的技术问题。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供一种光纤探针荧光光谱仪，包括：泵浦源、光纤探针和光谱仪；
所述光纤探针为平行的一根激发光纤和N根接收荧光光纤组成的合束器，其针尾的激发光纤耦合泵浦源，针尾的N根接收荧光光纤通过一根接收纤耦合连接到光谱仪，其针头放置于样品上，N为大于0的整数；
所述泵浦源用于发射光源，所述光源能够激发样品产生荧光；
所述激发光纤将所述光源打到样品上；
所述接收荧光光纤接收样品产生的荧光；
所述光谱仪将N根接收荧光光纤接收到的荧光信号收集，并发送给显示处理装置对收集的荧光信号处理并显示，得到样品的光谱图。
可选地，显示处理装置可以为电脑，或其他可以进行光谱计算处理并显示的装置。
在一个可选的实例中，所述N根接收荧光光纤将所述激发光纤中心包围并置于毛细管内。
在一个可选的实例中，所述光源为可见光波段到红外波段(400nm～2000nm)。
第二方面，本发明提供了一种上述第一方面所述的光纤探针荧光光谱仪所用的光纤探针的制备方法，包括如下步骤：
根据泵浦源输出纤型号以及光谱仪系统信噪比要求确定激发光纤的裸纤直径d1；
根据光谱仪的接收纤和测试样品的参数确定接收荧光光纤的裸纤直径d2；
根据d1、d2以及激发光纤和N根接收荧光光纤的排列方式确定光纤探针端面外径D；
根据测试环境确定光纤探针针头部分的长度L；
根据光纤探针的结构参数d1、d2、D以及L确定合适的毛细管参数，选定满足参数的毛细管；
通过CO2激光熔接机进行第一次拉锥，将符合光纤探针的结构参数要求的激发光纤和N根接收荧光光纤排丝；
将排丝后的清洁光纤整体插入选定的毛细管，根据光纤探针的结构参数进行第二次拉锥，得到所述光纤探针。
在一个可选的实例中，将符合光纤探针的结构参数要求的激发光纤和N根接收荧光光纤排丝，具体包括如下步骤：
选择热缩套管辅助排丝；
预先将热缩管设置成符合光纤探针的结构参数的形状，然后在工作平台上插入清洁光纤，经过均匀加热处理得到结构均衡的预制光纤排丝结构。
在一个可选的实例中，所述光纤探针针头部分均为清洁裸纤，避免在热加工过程中由于异物存在受热燃烧。
在一个可选的实例中，采用热缩套管对毛细管与清洁光纤接触处进行加固处理。
在一个可选的实例中，所述光纤探针端面可以根据实际应用情况，进行研磨、烧球或腐蚀加工处理。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明提供一种光纤探针荧光光谱仪及光纤探针的制备方法，其中，光纤芯径可以做到小于10微米，可以实现微小材料与器件的激发，探针可以对材料表面进行电控扫描，可以实现微米量级的空间荧光强度分布，且光纤损耗低，体积小，可以弯曲，其探测距离可以超过10米，并且实现原位探测。因此，本发明提供的光谱仪适合检测粉体、不透明固体和微小型器件，实现了荧光探针光谱仪实际应用的灵活性，而且还具有灵敏度高、测量速度快等优点。
附图说明
图1为本发明提供的光纤荧光光谱仪的结构示意图；
图2为本发明提供的光纤探针的结构示意图；
图3为采用本发明提供的光谱仪测得样品的光谱图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1为本发明提供的光纤荧光光谱仪的结构示意图；如图1所示，包 括泵浦源、光纤探针、光谱仪，所述泵浦源为可见光波段到红外波段(400nm～2000nm)能够激发样品荧光的光源，所述光纤探针为1*N(根据光纤尺寸，N＝1,2,3,4,5,6)合束器，光纤探针尾部的激发光纤与光源耦合、N根用来接收荧光的光纤耦合到接收光纤，所述光谱仪接收到接收光纤信号后送入电脑进行处理和显示。因此，通过本发明提供的光谱仪可以测得样品的光谱图。
作为上述方案的优选，所述泵浦源根据不同样品需求可选择可见光波段到红外波段能激发样品荧光的光源。
作为上述方案的优选，所述光纤探针2是由一根激发光纤和N根用来接收荧光的光纤制成的合束器，N根接收光纤呈环形将激发光纤包住排位置于毛细管内。
作为上述方案的优选，所述光纤探针2中的激发光纤与泵浦源1进行耦合。
作为上述方案的优选，所述用以接收荧光的N根光纤耦合到一根接收光纤后再由光谱仪3接收。
作为上述方案的优选，光谱仪3接收到接收光纤信号后送入电脑，进行处理和显示。
图2为本发明提供的光纤探针的结构示意图；如图2所示，探针端面截图中，d1为泵浦光纤裸纤直径，d2为信号接收光纤裸纤直径，D为探针端面外径，图2中分别为1根激发光纤和1根用来接收荧光的光纤的排布情况、1根激发光纤和4根用来接收荧光的光纤的排布情况、1根激发光纤和5根用来接收荧光的光纤的排布情况，以及6根激发光纤和1根用来接收荧光的光纤的排布情况。
具体地，如图2所示，探针端面截图中，d1为泵浦光纤裸纤直径，需要根据泵浦激光器输出纤型号以及测试系统信噪比要求计算得出；d2为信号接收光纤裸纤直径，根据测试系统信号接收纤及测试样品计算得出；D 为探针端面外径，根据前述d1、d2以及光纤排列方式计算得出；L为光纤荧光探针针头部分长度，根据测试环境计算得出。
光纤荧光探针的制作首先根据以上计算原则得出结构参数，根据结构参数计算合适的原始毛细管参数，通过CO2激光熔接机一次加工制成如下图所示锥形区。将符合以上参数要求的泵浦光纤及信号接收光纤根据排丝方案排丝。排丝方法：选择热缩套管辅助排丝。预先将热缩管设置成合适的形状(1*N，N＝1，2，3，4，5，6等)，然后在工作平台上插入清洁光纤，经过均匀加热处理得到结构均衡的预制光纤排丝结构。最后将清洁光纤整体插入毛细管，根据最后计算光纤荧光探针参数进行第二次拉锥。光纤探针针头部分均为清洁裸纤，避免在热加工过程中由于异物存在受热燃烧。制备完成的光纤荧光探针通过超声波切割刀在合适的锥区位置切割，并采用热缩套管对毛细管与光纤接触处进行加固处理。光纤荧光探针端面还可以根据实际应用情况，进行研磨、烧球、腐蚀等加工处理方式。
图3为采用本发明提供的光谱仪测得掺镱玻璃的光谱图，如图3所示。本发明提供的光纤探针荧光光谱仪可以通过切换不同光谱仪进行测量，实现测量范围广、速度快等优点。
综上，本发明提供的光谱仪适合检测粉体、不透明固体和微小型器件，实现了荧光探针光谱仪实际应用的灵活性，而且还具有灵敏度高、测量速度快等优点。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种光纤探针荧光光谱仪，其特征在于，包括：泵浦源、光纤探针和光谱仪；
所述光纤探针为平行的一根激发光纤和N根接收荧光光纤组成的合束器，其针尾的激发光纤耦合泵浦源，针尾的N根接收荧光光纤通过一根接收纤耦合连接到光谱仪，其针头放置于样品上，N为大于0的整数；
所述泵浦源用于发射光源，所述光源能够激发样品产生荧光；
所述激发光纤将所述光源打到样品上；
所述接收荧光光纤接收样品产生的荧光；
所述光谱仪将N根接收荧光光纤接收到的荧光信号收集，并发送给显示处理装置对收集的荧光信号处理并显示，得到样品的光谱图。
2.根据权利要求1所述的光纤探针荧光光谱仪，其特征在于，所述N根接收荧光光纤将所述激发光纤中心包围并置于毛细管内。
3.根据权利要求1所述的光纤探针荧光光谱仪，其特征在于，所述光源为可见光波段到红外波段，波长为400nm～2000nm。
4.一种权利要求1或2所述的光纤探针荧光光谱仪所用的光纤探针的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据泵浦源输出纤型号以及光谱仪系统信噪比要求确定激发光纤的裸纤直径d1；
根据光谱仪的接收纤和测试样品的参数确定接收荧光光纤的裸纤直径d2；
根据d1、d2以及激发光纤和N根接收荧光光纤的排列方式确定光纤探针端面外径D；
根据测试环境确定光纤探针针头部分的长度L；
根据光纤探针的结构参数d1、d2、D以及L确定合适的毛细管参数，选定满足参数的毛细管；
通过CO2激光熔接机进行第一次拉锥，将符合光纤探针的结构参数要求的激发光纤和N根接收荧光光纤排丝；
将排丝后的清洁光纤整体插入选定的毛细管，根据光纤探针的结构参数进行第二次拉锥，得到所述光纤探针。
5.根据权利要求4所述的光纤探针的制备方法，其特征在于，将符合光纤探针的结构参数要求的激发光纤和N根接收荧光光纤排丝，具体包括如下步骤：
选择热缩套管辅助排丝；
预先将热缩管设置成符合光纤探针的结构参数的形状，然后在工作平台上插入清洁光纤，经过均匀加热处理得到结构均衡的预制光纤排丝结构。
6.根据权利要求5所述的光纤探针的制备方法，其特征在于，所述光纤探针针头部分均为清洁裸纤，避免在热加工过程中由于异物存在受热燃烧。
7.根据权利要求4至6任一项所述的光纤探针的制备方法，其特征在于，采用热缩套管对毛细管与清洁光纤接触处进行加固处理。
8.根据权利要求4至6任一项所述的光纤探针的制备方法，其特征在于，所述光纤探针端面可以根据实际应用情况，进行研磨、烧球或腐蚀加工处理。
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