(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211041655.4 (22)申请日 2022.08.29 (71)申请人 中国科学院上海光学精密机 械研究 所 地址 201800 上海市嘉定区清河路390号 (72)发明人 于飞　郑金虎　吴达坤　栾书凡　 (74)专利代理 机构 上海恒慧知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 31317 专利代理师 张宁展 (51)Int.Cl. G01N 21/65(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 基于复用反谐振空芯光纤传输 探测模块 (57)摘要 一种基于复用反谐振空芯光纤的传输探测 模块， 包含光纤耦合腔、 反谐振空芯光纤和光纤 探测腔， 本发 明采用单根柔性反谐振空芯光纤传 输激发光并且复用反谐振空芯光纤传输拉曼信 号光， 不仅极大简化了光学设计结构， 增强了共 焦显微拉曼光谱仪的原位探测功能， 且得益于空 芯导光机制， 可大幅提升拉曼信号的信噪比， 进 一步拓宽了共焦显微拉曼光谱仪的应用范围和 利用效率。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 115436337 A 2022.12.06 CN 115436337 A 1.一种基于复用反谐振空芯光纤的传输探测模， 其特征在于， 包括光纤耦合腔(2)、 反 谐振空芯光纤(1)和光纤探测腔(3)； 所述的光纤耦合腔(2)依次的第一透镜(2 ‑2)、 光阑(2 ‑3)、 第二透镜(2 ‑4)、 第三透镜 (2‑5)和第一法兰盘(2 ‑6)的中心对准并置于耦合腔体(2)内， 所述的光纤耦合腔(2)靠所述 的第一透镜(2 ‑2)的一端为标准C ‑Mount接口(2 ‑1)， 以便与共聚焦显微镜的基座安装兼容 相连， 另一端的第一法兰盘(2 ‑6)为光纤连接端； 所述光纤探测腔(3)包含第二法兰盘(3 ‑1)、 第四透镜(3 ‑2)和玻璃窗口片(3 ‑4)， 所述 的光纤探测腔(3)的一端为通光窗口贴设所述的玻璃窗口片(3 ‑4)， 另一端为光纤连接端设 置所述的第二法兰盘(3 ‑1)； 所述的反谐振空芯光纤(1)由内向外依次是有 空气或真空填充的纤芯(1 ‑1)、 微结构包 层(1‑2)， 所述的反谐振空芯光纤(1)的两端都通过光纤跳线(4)分别与所述的光纤耦合腔 (2)的第一法兰盘(2 ‑6)、 光纤探测腔(3)的第二法兰盘(3 ‑1)光纤连接端相连。 2.如权利要求1所述的基于复用反谐振空芯光纤的传输探测模块， 其特征在于所述的 光纤耦合腔(2)内的第一透镜(2 ‑2)、 光阑(2 ‑3)、 第二透镜(2 ‑4)构成4f空间滤波系统， 用以 提高激发光 光束质量， 并将光束重新 准直为平行光。 3.如权利要求1所述的基于复用反谐振空芯光纤的传输探测模块， 其特征在于所述光 纤耦合腔(2)内的第三透镜(2 ‑5)将激发光束耦合至所述的反谐振空芯光纤(1)的纤芯(1 ‑ 1)。 4.如权利要求1所述的基于复用反谐振空芯光纤的传输探测模块， 其特征在于所述的 光纤探测腔(3)还可增加第五透镜(3 ‑3)， 该第五透镜(3 ‑3)与所述的第四透镜(3 ‑2)构成变 焦系统， 提高对样品探测的空间分辨 率。 5.如权利要求2所述的基于复用反谐振空芯光纤的传输探测模块， 其特征在于所述的 光纤耦合腔(2)的耦合腔体和光纤探测腔(3)的探测腔体包括但 不限于直筒 型、 L型， 非直筒 型情况下可增加反射镜调节光束路径。 6.如权利要求1所述的基于复用反谐振空芯光纤的传输探测模块， 其特征在于所述的 光纤耦合腔(2)和光纤探测腔(3)内的透镜镜片、 窗口片所用材质或膜层对于激发光和拉曼 信号光波长高透， 所用反射镜片材质或膜层对于 激发光和拉曼信号 光波长高反。 7.如权利要求1所述的基于复用反谐振空芯光纤的传输探测模块， 其特征在于所述反 谐振空芯光纤(1)的基质材 料为玻璃。 8.如权利要求1所述的基于复用反谐振空芯光纤的传输探测模块， 其特征在于所述的 反谐振空芯光纤(1)还包含套管包层(1 ‑3)和涂覆层(1 ‑4)， 所述的涂覆层(1 ‑4)材料的折射 率低于光纤基质材 料折射率， 用以提高拉曼信号的收集效率。 9.如权利要求1所述的基于复用反谐振空芯光纤的传输探测模块， 其特征在于所述反 谐振空芯光纤(1)的微结构包层(1 ‑2)包含环绕纤芯、 分布均匀的多个反谐振构件， 该反谐 振构件含有相对纤芯中心呈凸起、 内凹或平面形态的薄壁， 所述的反谐振构件的壁厚根据 激发光波长、 所述反谐振构件的材料折射率和所选择 的谐振阶数而定， 使得激发光波长位 于反谐振空芯光纤(1)的低损传输带内。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115436337 A 2基于复用反谐振空芯光纤传输探测模块 技术领域 [0001]本发明涉及 光纤技术和光学设计领域， 特别是一种基于复用反谐振空芯光纤的传 输探测模块。 背景技术 [0002]激光共焦拉曼光谱测试技术适合于材料微结构的研究， 目前已经广泛应用于物 理、 化学、 生物医学、 材料科学、 环 境科学、 石油化工、 地质药物、 食品、 刑侦和珠宝 等领域， 可 进行未知物的无损伤鉴定， 条件升级后可进一步 实现样品扫描和高、 低温分析。 共焦激光显 微拉曼光谱仪的测量功能强大， 灵敏度高， 在材料组成和结构分析中发挥重要、 不可替代的 作用。 受限于拉曼光谱的激发和收集方式， 原有的共聚焦显微拉曼光谱仪在一些应用场景 中存在不足。 一是缺少样品原 位检测能力。 原 位检测即在不破坏样品条件下， 对样品表面的 任意位置实现拉曼光谱的实时测量。 二是显微拉曼空间分辨率低于显微成像分辨率极限。 显微拉曼 空间分辨率由显微成像分辨率和激发激光的空间聚焦效果共同决定。 共焦激光显 微拉曼光谱仪的拉曼光谱信号的空间分辨 率一般显著低于 显微成像的分辨 率。 [0003]反谐振空芯光纤是近几年出现的具有微结构的新型特种光纤。 与传统折射率型光 纤相比， 具有低损宽带传输、 低色散、 低非线性、 高激光损伤阈值和抗辐射、 抗光子暗化等 实 芯光纤无法比拟的优势， 也是发展下一代光通信技术、 大功 率激光传能、 新体制光纤激光器 和光纤传感技 术的核心， 是当前光纤光学研究的前沿。 发明内容 [0004]本发明要解决的技术问题是： 解决现有共焦显微拉曼光谱仪在大样品、 负责测量 条件无法实现原位测 量的问题， 提供一种基于复用反谐振空芯光纤的传输探测模块， 该探 测模块基于柔性光纤探头的原位拉曼检测技术的功 能拓展， 将在掺稀土光纤预制棒， 激光 块体材料 的研究开发中发挥重要作用， 有助于在不破坏样品情况下， 快速分析材料缺陷和 结构， 有利材 料制备和工艺优化。 [0005]本发明的具体技 术解决方案如下： [0006]一种基于复用反谐振空芯光纤的传输探测模块， 其特点在于， 包括光纤耦合腔、 反 谐振空芯光纤和光纤探测腔， [0007]所述的光纤耦合腔依次的第一透镜、 光阑、 第二透镜、 第三透镜和第一法兰盘的中 心对准并置于耦合腔体内， 所述的光纤耦合腔靠所述的第一透镜的一端为标准C ‑Mount接 口， 以便与共聚焦显微镜的基座 安装兼容相连， 另一端的第一法兰盘为 光纤连接端； [0008]所述光纤探测腔包含第二法兰盘、 第四透镜和玻璃窗口片， 所述的光纤探测腔的 一端为通光窗口贴 设所述的玻璃窗口片， 另一端为 光纤连接端设置所述的第二法兰盘； [0009]所述的反谐振空芯光纤由内向外依次是有空气或真空填充的纤芯、 微结构包层， 所述的反谐振空芯光纤的两端都通过光纤跳线分别与所述的光纤耦合腔的第一法兰盘、 光 纤探测腔的第二法兰盘的光纤连接端相连。说　明　书 1/4 页 3 CN 115436337 A 3