基于双波长光纤干涉法探测纳米微粒尺度的方法及装置

摘要

本发明公开了一种基于双波长光纤干涉法探测纳米微粒尺度的方法及装置，采用反正切PGC(phase generated carrier)解调法，检测微粒通过时的相移，同时引入波分复用的光纤双干涉仪，将一根光纤中的两个不同波长光束用分裂反射镜提取后聚焦，形成两个密合的聚焦圆锥探测光束，具备了两个独立的相位探测信号，使差分测量可精确在一个光路中实现，用于识别纳米微粒通过分界区的时间脉冲，这一脉冲宽度与微粒尺度相关联，结合相移量可有效提高对纳米微粒的散射截面等效直径测量，可探测小至20-40nm纳米的单个微粒；本发明具有低噪声、高精度识别和分析、超强的串扰抑制能力的特点。

主权项

一种基于双波长光纤干涉法探测纳米微粒尺度的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)：两个波长差为10‑20nm的DFB/DBR激光二极管作为光源，由波分复用合波器将两个光源发出的两波长光束合并于一根光纤中，由隔离器防止回波至DFB/DBR激光二极管而影响其稳定性，由功率分叉器分出90‑99％功率的光至准直器准直，得到双波长准直光束，剩余1‑10％功率的光为参考光；步骤(2)：双波长准直光束由分裂反射镜左右各反射一个波长的光束，之后由大数值孔径透镜聚焦两个半圆锥形光束于微纳流道，产生回波，该回波通过波分解复用器后，用功率合成器输入于两个独立的带PGC调制的迈克尔逊干涉仪中；步骤(3)：参考光的固定相位差和振动幅度M的相位由压电陶瓷带动微反射镜调制后，输入于步骤(2)所述两个独立的带PGC调制的迈克尔逊干涉仪中；参考光和回波的光强度由电控光纤可调衰减器调节至1:1后，在迈克尔逊干涉仪的干涉臂中产生干涉，产生的干涉信号由24位以上ADC模数转换器转换后由DSP取样；步骤(4)：提取并处理干涉数据：当纳米微粒通过微纳流道内两半圆锥形光束的直径为0.5‑0.7μm的聚焦区域时，两个迈克尔逊干涉仪相继收到相移信号，两个相移信号叠加得到相移量，通过下式解出σ的数值即可得到纳米微粒的尺度：式中，E₀为信号光和参考光的振幅；σ为纳米微粒的散射截面，即为纳米微粒的尺度；A为光束截面，E_inc为探测光束振幅，I为合成光强度，I₀为信号光和参考光的光强，M为调制深度，ω₀为调制声波的频率，为调制初始相位，ψ为第三束散射光的初相位，t为时间。