水下激光诱导击穿光谱技术(LIBS)和水下激光拉曼光谱技术(Raman)已在深海成功获得应用, 这两种技术探测对象互补、器件类似, 两者联合探测可更好的进行深海研究。 针对此需求研发了一套LIBS-Raman光谱联合水下原位探测原理样机, 整个系统集成于L790 mm×Φ270 mm的舱体内, 在舱体前端有光学窗口和水密插头, 舱体内部主要包括脉冲激光器、光谱仪、 嵌入式计算机和供电转换装置, 甲板控制终端通过水密电缆实现对系统的供电、 控制和数据采集。 该联合系统采用一台双波长脉冲激光器同时作为LIBS和拉曼光谱的激发光源, LIBS采用1 064 nm波长, 拉曼光谱采用532 nm波长。 双波长激光器发出的光束经分光镜分为两路, 经过后向散射光路收集的两路信号分别进入两个小型光纤光谱仪进行分光探测, LIBS采用AvaSpec-ULS2048光谱仪, 拉曼光谱采用QE 65000光谱仪。 利用搭建的原理样机在青岛近海进行水下原位探测, 在实验室开展了水中固体靶的探测, 实验结果证明了LIBS-Raman联合光谱探测装置的可行性。 下一步将优化系统并开展深海探测应用。

深海热液环境中存在着巨大的化学和热梯度, 快速剧烈的混合和生物过程产生了多种多样的矿物过程, 并培养了大量的化学合成微生物。 激光拉曼光谱非常适合于深海热液环境矿物过程的探测, 然而要对矿物与微生物作用过程进行研究, 还需要与荧光光谱技术进行联合, 针对此需求开展了原理验证实验研究。 在实验室搭建了一套拉曼-荧光联合光谱探测桌面系统, 利用一台双波长激光器同时作为拉曼光谱和荧光光谱的激发光源, 其中拉曼光谱采用532 nm波长, 荧光光谱采用266 nm波长, 双波长激光器发出的光束经分光镜分为两路, 经过后向散射光路收集的两路信号分别进入两个小型光纤光谱仪进行分光探测, 拉曼光谱采用QE65000光谱仪, 荧光光谱采用USB2000光谱仪, 通过软件可以方便的分别设置两个光谱仪的参数。 利用搭建的实验系统对海水和拟菱形藻样品进行探测, 分别获得了海水样品的SO2-4拉曼光谱和可溶性有机物(CDOM)荧光光谱, 拟菱形藻样品的类胡萝卜素拉曼光谱和类蛋白、 叶绿素等荧光光谱, 实验结果证明了研制小型拉曼-荧光联合光谱探测装置的可行性, 并为发展原位联合光谱探测装置提供了技术参考。

拉曼光谱作为研究物质结构的一个强有力工具， 被广泛应用于水环境物质的检测， 近年在深海原位探测中也得到应用。 文章针对水下拉曼光谱探测的需要， 设计了用于水的O—H振动拉曼信号抑制的低通滤光片， 经过计算， 边缘为指数形式的低通滤光片可较好的满足需要， 而且通过实际采用的低通滤光片的实验证明， 采用低通滤光片后水的O—H振动拉曼信号得到较好的抑制， 同时对于<3 000 cm-1的范围内其他物质拉曼光谱的探测几乎没有影响， 达到了设计目的。