拉曼光谱分析是一种根据分子基团的“指纹谱”进行物质检测的方法,已经被广泛应用于化学合成、医疗诊断、生物样品分析等领域。由于拉曼光强度本身比较微弱,其功率大约是泵浦光功率的0.001%,所以光谱检测时需要进行一系列复杂的拉曼增强步骤。传统增强方法(如:表面增强拉曼散射法、共振拉曼增强法和针尖增强拉曼散射法等)存在工艺繁琐、检测速度慢、重复率不高、设备稳定性差等问题,很难适应复杂的样品和快速检测的环境。因此,本文为了提高检测的灵敏度、实现在线式快速样品检测、延长使用寿命、增强设备稳定性和便携性,设计了基于空芯光纤的在线式液体拉曼检测装置。该设备在生物医疗诊断、食品安全分析等需要快速检测的领域具有广泛的应用前景。空芯光纤是一种高效的导光元件,入射光由于内壁反射或者晶体带隙的影响被束缚在光纤的内孔中传输,此时将样品液体注入到光纤内孔的导光区,可实现光路与液路的重合,光液作用的效率很高。因此所需的空芯光纤长度通常在数米以下,对于传输损耗极低的空芯光纤波导,甚至仅需数厘米长的光液作用距离,便可以实现低浓度样品物质检测。针对液体的拉曼检测技术在许多相关领域已经有一些应用的案例,例如化学合成中,可以利用反应溶液中一种物质的拉曼光谱强度的变化,来监测合成的进度。同时,很多气体拉曼检测技术也不是直接对气体进行检测,一般会将气体循环萃取,富集到液体溶液中,再利用液体拉曼检测装置进行分析。利用空芯光纤作为液体拉曼增强反应室,成本较低,所需样晶体积较小,清洗方便,可重复使用,配合高压设备可以实现样品高速切换,实现在线液体检测,可以一定程度上满足高效、低碳、便携的要求。本文为了实现快速、便携、高灵敏度、在线式的液体检测,利用空芯光子晶体光纤和内镀金属毛细管这两种空芯光纤波导,设计了四套合理的液体检测实验方案,并作了理论分析:空芯光子晶体光纤与单模光纤插入耦合拉曼检测装置、光纤Sagnac环结构拉曼接收增强装置、基于内镀金属毛细管内嵌金膜拉曼接收增强装置和基于内镀金属毛细管双端镀膜拉曼增强系装置。单模光纤腐蚀包层后插入到空芯光子晶体光纤中空孔内高效的耦合,液体由狭缝进入到光子晶体光纤中与光路重合,组成的拉曼检测装置检测灵敏度很高,但是内孔较小,注液速度较慢,适用于超低浓度样品分析。光纤Sagnac环结构拉曼检测装置通过将两根大芯径光纤插入到内镀金属毛细管两侧,另外两侧合并起来与拉曼探头耦合,达到收集反射和透射两种拉曼信号的目的。检测速度较快,但是灵敏度相对上一种方式较低,并且光纤与拉曼探头的耦合损耗过大。在内镀金属毛细管内插入端面镀金膜的玻璃棒,是我们研究的第三种结构。激励光由于金膜的反射作用,与样品作用的距离增加了一倍,反射和透射拉曼都可以被光谱仪接收。整体装置更加便携,光纤与探头耦合效率较高,但是该装置的Si02拉曼底噪也因此变得很高。在内镀金属毛细管一端插入端面镀有785nm long pass膜的大芯径光纤,另一端插入端面镀金的中空毛细管,利用腐蚀过的单模光纤穿过中空毛细管输入泵浦光。泵浦光被束缚在拉曼反应室内,极大的增加了光物作用距离。拉曼阈值很低,检测速度较快,同时检测灵敏度较高,但是装置的制作工艺较复杂,成品率很低。.对于这四种拉曼检测装置,整体的设计思路就是增强光与液体的相互作用,同时将所有产生的拉曼信号尽可能的收集到光谱仪内。系统倾向于集成化、全光纤化、便携化。本文的研究方向致力于开发出一种适应生物医疗诊断、食品安全分析市场的拉曼光谱检测仪。目前的研究成果可以以拉曼检测配件的形式提供给拉曼光谱仪厂商或者科研单位,增强拉曼检测效率,存在一定的应用前景,为后续的研发奠定了基础。