便携式拉曼光谱仪中荧光抑制方法研究.pdf

硕士学位论文

论文题目便携式拉曼光谱仪中荧光抑制方法的研究

研究生姓名周红武
指导教师姓名吴建宏蔡志坚
专业名称光学工程
研究方向光电测试技术与仪器
论文提交日期 2013 年 4 月
便携式拉曼光谱仪中荧光抑制方法的研究中文摘要
便携式拉曼光谱仪中荧光抑制方法的研究
中文摘要
拉曼光谱技术在食品安全、药品安全、环境污染检测等领域应用广泛,便携式拉
曼光谱仪的出现使拉曼光谱技术得到进一步的推广应用。但是拉曼光谱检测常常受到
荧光的干扰,荧光的存在影响了拉曼信号的识别以及物质的定量分析。尤其对于便携
式拉曼光谱仪,由于受限于成本、体积、功耗以及使用环境等因素,不能使用实验室
中的常用的方法进行荧光抑制,因此研究便携式拉曼光谱仪的荧光抑制方法对拉曼光
谱技术的推广应用具有重要意义。移频激发法(SERDS)荧光抑制能力强、适用范围
广,同时具有系统小型化、便携化的潜质,能够达到便携式拉曼光谱仪抑制荧光的要
求。但是,要将 SERDS 方法应用到便携式拉曼光谱仪中还需要解决两个问题:一是
便携式多波长激发光源;二是能可靠地从差分光谱恢复出正常拉曼信号的算法。
本文自主设计了基于 Littrow 结构的低成本外腔半导体激光器,能实现 15nm 的
波长调谐范围、最高 80mw 的输出功率、优于 的线宽以及优于 的波长调
谐间隔。该光源可满足 SERDS 系统对光源线宽、功率、波长调谐范围的要求,也具
有小型化、便携化的能力。本文还阐述了一种稳定可靠的差分拉曼光谱复原算法——
多重约束迭代算法,并对该方法进行了扩展,使之适用于多波长激发的 SERDS 系统。
通过对该算法的仿真分析得出激发波长越多恢复出的拉曼光谱信号失真越小的结论。
利用自行设计的激光器搭建了一套 SERDS 拉曼光谱检测系统,对几种非法食品
添加(苏丹红一号、罗丹明 B、三聚氰胺、乌洛托品)进行了拉曼测试。实验结果证
明 SERDS 方法能够有效抑制荧光,多重约束迭代算法能够可靠地从差分光谱中复原
出正常的拉曼信号。采用多种波长对样品进行激发,验证了多波长激发情况下的多重
约束算法的信号处理性能。

关键字:便携式拉曼光谱仪;荧光抑制;移频激发;外腔半导体激光器;解卷积

作者:周红武
指导教师:吴建宏
蔡志坚
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英文摘要便携式拉曼光谱仪中荧光抑制方法的研究
Study of fluorescence rejection method in portable
Raman spectroscopy
Abstract
Raman spectroscopy is widely used in the field of food safety, drug safety and
environmental pollution detection. The emergence of portable Raman spectrometer further
promote the application of Raman spectroscopy. However, Raman detection and analysis
are often disturbed by fluorescence background. Fluorescence disturbance significantly
affect Raman peak’s recognition and quantitative sample analysis. Many fluorescence
rejection monly used in the laboratory Raman system cannot be applied to the
portable Raman spectrometers for the limitations in size, cost, power consumption and
operation environment. Therefore it’s important to study the fluorescence suppression
method in portable Raman spectrometer. The shifted-excitation Raman difference
spectroscopy (SERDS) has the characteristics of good fluorescence rejection performance,
wi