本發(fā)明涉及一種波導拉曼散射腔，特別是涉及一種基于兩次耦合棱鏡的波導拉曼散射腔。

背景技術：

拉曼光譜(ramanspectrosopy)是基于拉曼散射效應而發(fā)展起來的光譜分析技術，同傅里葉變換紅外光譜一樣，拉曼光譜能為化合物分析提供分子振動和轉(zhuǎn)動信息。由于拉曼光譜帶寬相當，具有很高的光譜分辨率，使得人們可以對光譜間隔很近的信號進行精確識辨，得到更精確的分子結構信息。而且拉曼光譜還具有檢測時間短、操作簡單、樣品所需量少等特點，故隨著激光光源的不斷發(fā)展，拉曼光譜在食品、生物監(jiān)測、醫(yī)藥、刑事司法、石油化工、地質(zhì)考古、寶石鑒定等領域都已得到廣泛的應用。雖然有上述優(yōu)點，但拉曼光譜也有明顯的不足，例如：由于拉曼散射截面小，產(chǎn)生的拉曼散射信號弱，其量子效率只有10^-10-10^-4。其次，由于拉曼散射信號頻率離激發(fā)光頻率近，為此，在拉曼光譜儀的設計中，必須能排除瑞利散射光的干擾，并具有高靈敏度，(體現(xiàn)在弱信號檢測的高信噪比)，才能有效的收集拉曼譜。為了提高拉曼光譜的信號強度，現(xiàn)有的拉曼光譜儀一般都配備高功率激光器、高效濾波片和高分辨單色儀，高檔次拉曼光譜儀甚至配有兩個濾波片和雙單色儀。雖然，目前生產(chǎn)了多種便攜式拉曼光譜儀，但其精度和可靠性還有待進一步提高。與此同時，人們還進行了大量的卓有成效的研究，提出了一些新的拉曼光譜技術，如傅里葉變換拉曼光譜、表面增強拉曼光譜、激光共振拉曼光譜、高溫激光拉曼光譜等。但對于液體樣品而言,拉曼光譜的靈敏度仍然不夠高，其適用范圍仍然相當窄，通常只能檢測具有較高濃度的樣品。近年來，有人提出了一種液芯光纖拉曼共振腔，有效地增大了激發(fā)光與樣品相互作用的距離，并使得散射光能得到更有效的收集，從而提高了檢測靈敏度。但這種結構要求光纖的包層折射率小于液體樣品的折射率，從而排除了絕大部分液體樣品的可能性。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明提供了一種基于兩次耦合棱鏡的波導拉曼散射腔，在不采用昂貴的濾波片結構下實現(xiàn)低透過率窄帶濾波并獲得高靈敏拉曼光譜。

本發(fā)明技術方案如下：一種基于兩次耦合棱鏡的波導拉曼散射腔，包括依次疊置的玻璃基板、玻璃墊圈和玻璃棱鏡，所述玻璃基板與玻璃棱鏡之間構成樣品室，所述樣品室設有進樣通道和出樣通道，所述玻璃基板的上表面沉積下層金屬膜，所述玻璃棱鏡的下表面沉積上層金屬膜，所述玻璃棱鏡滿足：從玻璃棱鏡側(cè)面入射的光在玻璃棱鏡的下表面反射后在玻璃棱鏡的上表面全反射，再由玻璃棱鏡的下表面反射后從玻璃棱鏡的另一側(cè)面出射。

進一步的，所述玻璃棱鏡為截面呈等腰梯形的棱鏡，所述等腰梯形的底角為35°～45°。

進一步的，所述玻璃棱鏡的折射率為1.75～1.80。

進一步的，所述上層金屬膜的下表面以及下層金屬膜的上表面沉積二氧化硅保護膜。

優(yōu)選的，所述二氧化硅保護膜的厚度為60nm，折射率為1.5。

優(yōu)選的，所述上層金屬膜的材料為銀，厚度為35～37nm。

優(yōu)選的，所述下層金屬膜的材料為銀，厚度大于200nm。

進一步的，所述玻璃基板的上表面設有玻璃襯底，所述下層金屬膜沉積于所述玻璃襯底的上表面。

優(yōu)選的，所述玻璃襯底的材料為光學玻璃，厚度為480μm，所述玻璃墊圈材料為光學玻璃，厚度為500μm。

本發(fā)明所提供的技術方案的優(yōu)點在于：(1)利用棱鏡波導結構和衰減全反射原理實現(xiàn)光的兩次耦合，使激發(fā)光兩次反射的強度降至最低，可省用價格昂貴的帶阻濾波片(notchfilter)；(2)而散射光經(jīng)兩次反射后增加了與樣品相互作用的距離，散射截面得到增強，而且由于上述濾波結構的帶寬小于δλ<1nm，使散射光得到有效收集；(3)除了具有窄帶濾波功能，該結構還具有足夠大的自由光譜范圍fsr>90nm，能有效排除atr吸收峰帶來的干擾；(4)采用具有高功率密度的雙面金屬包覆波導結構，并利用具有高品質(zhì)因子和高靈敏度特性的高階導模為探針，使拉曼散射得到進一步增強。

附圖說明

圖1為實施例1基于兩次耦合棱鏡的波導拉曼散射腔結構示意圖。

圖2為反射率平方隨入射角變化的atr曲線圖。

圖3為反射率平方隨激發(fā)光波長變化的atr曲線圖。

圖4為實施例2基于兩次耦合棱鏡的波導拉曼散射腔結構示意圖。

具體實施方式

下面結合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不作為對本發(fā)明的限定。

實施例1：請結合圖1所示，本實施例所涉及的兩次耦合棱鏡的波導拉曼散射腔，其結構由上往下依次是玻璃棱鏡1、上層銀膜2、上層二氧化硅保護膜3、玻璃墊圈4、下層二氧化硅保護膜5、下層銀膜6、玻璃襯底7、玻璃基板8。上層銀膜2和上層二氧化硅保護膜3依次沉積于玻璃棱鏡1的底面，下層銀膜6和下層二氧化硅保護膜5依次沉積于玻璃襯底7的表面，再把玻璃棱鏡1、玻璃墊圈4、玻璃襯底7和玻璃基板8利用光膠技術結合成一體。玻璃襯底7和玻璃基板8的材料均為光學玻璃，玻璃襯底7的厚度小于玻璃墊圈4，兩者之差構成一個可輸入液體的空腔，該空腔存放待測液體樣品。玻璃墊圈4上開兩個通孔，分別是樣品通道9和出樣通道10。

本實施例中，玻璃棱鏡1為截面呈等腰梯形的棱鏡，等腰梯形的底角為40°。假設入射激光的波長532nm，玻璃棱鏡1的折射率為1.75，上層銀膜2的厚度為36nm，下層銀膜6的厚度為200nm，銀的介電系數(shù)為-10.5+i0.8，上層二氧化硅保護膜3和下層二氧化硅保護膜5的厚度均為60nm，折射率1.50。玻璃墊圈4厚度為500μm，玻璃襯底7厚度為480μm。該入射激光在等腰梯形的玻璃棱鏡1的側(cè)面入射，在玻璃棱鏡1的底面一次反射后由玻璃棱鏡1的頂面全反射，進而由玻璃棱鏡1的底面進行二次反射，最后由玻璃棱鏡1的另一側(cè)面射出。分析出射光得到衰減全反射(atr)曲線，如圖2和圖3所示。

由圖2可見，當入射角為θatr＝40.37°附近掃描時，由模擬軟件計算得到從玻璃棱鏡1側(cè)面出射光的兩次反射率為r²＝7.6×10^-9。

而由圖3可見，該兩次耦合棱鏡的波導拉曼散射腔結構的帶寬為δλ＝0.5nm，品質(zhì)因子長波和短波區(qū)的自由光譜范圍fsr>90nm。

實施例2：請結合圖4所示兩次耦合棱鏡的波導拉曼散射腔，其結構還可以是由上往下依次是玻璃棱鏡101、上層銀膜102、上層二氧化硅保護膜103、玻璃墊圈104、下層二氧化硅保護膜105、下層銀膜106、玻璃基板107。上層銀膜102和上層二氧化硅保護膜103依次沉積于玻璃棱鏡101的底面，下層銀膜106和下層二氧化硅保護膜105依次沉積于玻璃基板107的表面，再把玻璃棱鏡101、玻璃墊圈104和玻璃基板107利用光膠技術結合成一體。玻璃棱鏡101和玻璃基板107之間構成存放待測液體樣品的空腔。玻璃基板107上開設兩個通孔，分別是樣品通道108和出樣通道109。該實施例結構與實施例1的結構相比，去除了玻璃襯底，空腔厚度直接由玻璃墊圈104厚度決定。其余結構同實施例1時，與實施例1所述結構具有相同技術效果。