Научно-технический
«ОПТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ»
издается с 1931 года
 
   
Русский вариант сайта Английский вариант сайта
   
       
   
       
Статьи последнего выпуска

Электронные версии
выпусков начиная с 2008


Алфавитный указатель
2000-2010 гг


444
Архив оглавлений
выпусков 2002-2007 гг


Реквизиты и адреса

Вниманию авторов и рецензентов!
- Порядок публикации
- Порядок рецензирования статей
- Типовой договор
- Правила оформления
- Получение авторского вознаграждения


Контакты

Подписка

Карта сайта





Журнал с 19.02.2010 входит в новый «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени доктора и кандидата наук»
Аннотации (02.2017) : ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ЛАЗЕР С ДЛИНОЙ ВОЛНЫ 785 НМ С ВНЕШНИМ РЕЗОНАТОРОМ И РЕШЁТОЧНЫМ ВЫВОДОМ ДЛЯ РАЗНОСТНОЙ РАМАНОВСКОЙ СПЕКТРОСКОПИИ СО СДВИНУТЫМ СПЕКТРОМ ВОЗБУЖДЕНИЯ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ЛАЗЕР С ДЛИНОЙ ВОЛНЫ 785 НМ С ВНЕШНИМ РЕЗОНАТОРОМ И РЕШЁТОЧНЫМ ВЫВОДОМ ДЛЯ РАЗНОСТНОЙ РАМАНОВСКОЙ СПЕКТРОСКОПИИ СО СДВИНУТЫМ СПЕКТРОМ ВОЗБУЖДЕНИЯ

785 NM GRATING-COUPLED EXTERNAL-CAVITY LASER FOR SHIFTED-EXCITATION RAMAN DIFFERENCE SPECTROSCOPY

© 2017    Fei Wang*, graduate student; Xueqin Lv*, Doctor of Microelectronics and Solid Electronics; Guokun Liu**, Doctor of Science; Xiaobin Cui*,***, graduate student; Miao Lu*, Doctor of Microelectronics and Solid State Physics

*     MEMS Research Center, Pen-Tung Sah Institute of Micro-Nano Science and Technology, Xiamen University, Xiamen, China

**   College of Chemistry and Chemical Engineering, Xiamen University, Xiamen, China

*** Department of Mechanical and Electrical Engineering, Xiamen University, Xiamen, China

Е-mail: xqlv@xmu.edu.cn

A 785 nm grating-coupled external-cavity (EC) laser was fabricated and applied as a light source for shifted-excitation Raman difference spectroscopy (SERDS) to extract Raman signal from the fluorescence background. A simple Littrow-type EC configuration with the grating lines parallel to the pn junction was applied to narrow the linewidth of commercially available high-power broad-area laser diode. The characteristics of the EC laser, including wavelength tuning range, output power, and emission spectra, were investigated in detail. A wavelength tuning range of more than 6 nm was realized at an injection current of 900 mA by simply changing the grating rotation angle. The output power after Raman probe coupling exceeded 40 mW and the spectral linewidth was narrowed significantly down to less than 0.1 nm from 0.9 nm (the free-running width). Then, five shifted emission lines were used for the Raman measurement with the sesame oil as the target, whose Raman signal was overwhelmed in the fluorescence background. Due to the constraint relationship between the signal intensity and the spectral resolution, the best reproducibility of the Raman signal without fluorescence background was obtained when the excitation wavelength interval was fixed at around the linewidth of the Raman peak. In conclusion, the grating-coupled EC laser with flexible wavelength tunability, high output power, and narrow spectral linewidth was demonstrated to be an ideal light source for SERDS application.

Keywords: grating-coupled external-cavity laser, Raman spectroscopy, fluorescence background, shifted excitation Raman difference spectroscopy (SERDS).

OCIS codes: 140.3550, 140.3600, 140.5960, 170.5660, 170.6280

Submitted 21.12.2015.

 

© 2017 г.     Fei Wang; Xueqin Lv; Guokun Liu; Xiaobin Cui; Miao Lu

Е-mail: xqlv@xmu.edu.cn

Полупроводниковый лазер с внешним резонатором и решёточным выводом был изготовлен и использован как источник света для разностной рамановской спектроскопии со сдвинутым спектром возбуждения (SERDS), используемой для выделения сигнала комбинационного рассеяния на фоне флуоресценции.

Внешний резонатор лазера выполнен по простой схеме Литтрова со шрихами решётки, параллельными p–n переходу, что обеспечило сужение спектра при использовании коммерчески доступного мощного лазерного диода с широким спектром излучения.

Подробно изучены такие характеристики лазера с внешним резонатором как область перестройки частоты, выходная мощность, спектр излучения. Ширина области перестройки, реализуемая простым поворотом решётки, составляла 6 нм при питающем токе 900 мА. Мощность сигнала, доставленного к исследуемому образцу, была не менее 40 мВт, а спектральная ширина линии составляла менее 0,1 нм и была существенно уже, чем ширина излучения исходного лазерного диода (0,9 нм в режиме свободной генерации).

Затем пять сдвинутых линий излучения были использованы для рамановских измерений с кунжутным маслом в качестве объекта, в котором сигнал рамановского рассеяния зашумлен фоном флюоресценции. В силу взаимных ограничений между интенсивностью сигнала и спектральным разрешением наилучшая воспроизводимость сигнала рамановского рассеяния, свободного от влияния фона флюоресценции, достигалась, когда сдвиг длины волны возбуждающего сигнала был примерно равен ширине рамановского сигнала.

Таким образом, полупроводниковый лазер с внешним резонатором и решёточным выводом, обладающий возможностью перестройки длины волны, высокой мощностью и узким спектром излучения, может служить совершенным источником света для приложений, использующих разностную спектроскопию рамановского рассеяния со сдвинутым спектром возбуждения.

Ключевые слова: grating-coupled external-cavity laser, Raman spectroscopy, fluorescence background, shifted excitation Raman difference spectroscopy (SERDS).

Коды OCIS: 140.3550, 140.3600, 140.5960, 170.5660, 170.6280.

References

1.         Feng S.L., Gao F., Chen Z.W., Grant E., Kitts D.D., Wang S., Lu X.N. Determination of -tocopherol in vegetable oils using a molecularly imprinted polymers-surface-enhanced Raman spectroscopic biosensor // J. Agric. Food Chem. 2013. V. 61. Is. 44. P. 10467–10475.

2.         Zhao J., Liu Y., Fales A.M., Register J., Yuan H., Dinh T.V. Direct analysis of traditional Chinese medicines using surface-enhanced Raman scattering (SERS) // Drug Test. Anal. 2014. V. 6. Is. 10. P. 1063–1068.

3.         Talari A.C.S., Movasaghi Z., Rehman S., Rehman I.U. Raman spectroscopy of  biological  tissues // Appl. Spectrosc. Rev. 2015. V. 50. Is. 1. P. 46–111.

4.        Shreve A.P., Cherepy N.J., Mathies R.A. Effective rejection of fluorescence interference in Raman spectroscopy using a shifted excitation difference technique // Appl. Spectrosc. 1992. V. 46. Is. 4. P. 707–711.

5.         Oshima Y., Komachi Y., Furihata C., Tashiro H., Sato H. Fluorescence-suppressed Raman technique for quantitative analysis of protein solution using a micro-Raman probe, the shifted excitation method, and partial least squares regression analysis // Appl. Spectrosc. 2006. V. 60. Is. 9. P. 964–970.

6.        Maiwald M., Erbert G., Klehr A., Kronfeldt H.-D., Schmidt H., Sumpf B., Trankle G. Rapid shifted excitation Raman difference spectroscopy with a distributed feedback diode laser emitting at 785 nm // Appl. Phys. B. 2006. V. 85. Is. 4. P. 509–512.

7.         Maiwald M., Schmidt H., Sumpf B., Guther R., Erbert G., Kronfeldt H.D., Trankle G. Microsystem light source at 488 nm for shifted excitation resonance Raman difference spectroscopy // Appl. Spectrosc. 2009. V. 63. Is. 11. P. 1283–1287.

8.        Sowoidnich K., Kronfeldt H.D. Shifted excitation Raman difference spectroscopy at multiple wavelengths for in-situ meat species differentiation // Appl. Phys. B . 2012. V. 108. Is. 4. P. 975–982.

9.        Noack K., Eskofier B., Kiefer J., Dilk C., Bilow G., Schirmer M., Buchholz R., Leipertz A. Combined shifted-excitation Raman difference spectroscopy and support vector regression for monitoring the algal production of complex polysaccharides // Analyst. 2013. V. 138. P. 5639–5646.

10.       Cooper J.B., Abdelkader M., Wise K.L. Sequentially shifted excitation Raman spectroscopy: novel algorithm and instrumentation for fluorescence-free Raman spectroscopy in spectral space // Appl. Spectrosc. 2013. V. 67. Is. 8. P. 973–984.

11.       Maiwald M., Fricke J., Ginolas A., Pohl J., Sumpf B., Erbert G., Trankle G. Dual-wavelength monolithic Y-branch distributed Bragg reflection diode laser at 671 nm suitable for shifted excitation Raman difference spectroscopy // Laser Photonics Rev. 2013. V. 7.  Is.  4.  P.  L30–L33.

12.       Zhao J., Carrabba M.M., Allen F.S. Automated fluorescence rejection using shifted excitation Raman difference spectroscopy // Appl. Spectrosc. 2002. V. 56. Is. 7. P. 834–845.

13.       Osticioli I., Zoppi A., Castellucci E.M. Shift-excitation Raman difference spectroscopy-difference deconvolution method for the luminescence background rejection from Raman spectra of solid samples // Appl. Spectrosc. 2007. V. 61. Is. 8. P. 839–844.

14.       Zou W.L., Cai Z.J., Wu J.H. Fluorescence rejection by shifted excitation Raman difference spectroscopy // Proc. of SPIE. 2010. V. 7855. P. 78551M.

15.       Martins M.A.D.S., Ribeiro D.G., Santos E.A.P.D., Martin A.A., Fontes A., Martinho H.D.S. Shifted-excitation Raman difference spectroscopy for in vitro and in vivo biological samples analysis // Biomed. Opt. Express. 2010. V. 1. Is. 2. P. 617–626.

16.       Adami R., Kiefer J. Light-emitting diode based shifted-excitation Raman difference spectroscopy (LED-SERDS) // Analyst. 2013. V. 138. P. 6258–6261.

17.       Stry S., Hildebrandt L., Sacher J., Buggle C., Kemmann M., Klitzing W.V. Compact tunable diode laser with diffraction limited 1 Watt for atom cooling and trapping // Proc. of SPIE. 2004. V. 5336. P. 17–25.

18.       Yang Z.N., Li Y.D., Wang H.Y., Lu Q.S., Xu X.J. Frequency-narrowed external-cavity broad-area-diode for rubidium laser pumping // Chin. Opt. Lett. 2011. V. 9. Is. 6. P. 061401.

 

 

Полный текст