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显微拉曼光谱原理光路及关键部件

发布时间:2020-07-23 10:55:48 浏览量:43


拉曼光谱学是用来研究晶格及分子的振动模式,旋转模式和在一系统里的其他低频模式的一种分光光谱学技术。拉曼散射为非弹性散

射,通常用来激发拉曼光谱的激光范围为可见光,近红外或者近紫外光范围附近,激光于系统声子进行相互作用导致最后光子能量增加

或者减少,而由这些能量的变化可得知声子模式。


下图展示了显微拉曼光谱原理光路以及使用的相关器件:


 

其中用来进行拉曼光谱实验的激光器我们称之为拉曼激光器,拉曼激光器区别于普通激光器的一个最大不同就是激光器的线宽,就是激

光器的单色性,一般来说,普通激光器的线宽在0.1纳米到几个纳米之间,而拉曼激光器最低要求激光器线宽不能超过0.001纳米,最好

是使用单纵模激光器进行实验。

 

法国Oxxius公司单纵模拉曼激光器


因为拉曼信号相对激光强度差了6-8个数量级,所以一般采用两片拉曼滤色片或者三片拉曼滤色片滤除激光器本身的信号干扰,拉曼滤

色片也不同于普通的荧光滤色片,拉曼滤色片都要求非常锐利边缘,一般起始波数都在200个波数左右。


美国Chroma公司拉曼滤光片


对于一些有低波数需求的应用,会使用陷波滤波片(Opti Grate Notch filter)进行滤波,使用陷波滤波片可以使起始波数从5个波数

开始。下图所示就是用陷波滤波器所测得的拉曼光谱效果,可以看到其起始波数都是差不多5个波数开始,如果用一般的拉曼滤色片,

那么就无法看到低波数的拉曼信号。


OptiGrate公司公司低波数滤光片


一般来说拉曼光谱所需求的光栅光谱仪要求光谱分辨率越高越好,受限于成本等原因普遍采用分辨率优于5个波数的光栅光谱仪即可。

并且考虑到拉曼信号是弱信号,普通的反射式光栅单色仪的光利用效率都会比较低,一般来说都只有50%-60%左右的水平,随着单色

仪技术的发展,现在可以使用透射式光栅光谱仪(VHG),这样可以使得光利用效率大幅提高,最高效率可达到90%以上的水平。

 


拉曼信号是非常弱的信号,所以要求采集最终信号的ccd具有较高的灵敏度和量子效率,一般会选深度制冷型CCD来提高信噪比,由

于只需要光谱和强度两个信息,光谱信息由光谱仪决定,只需要不同波数上的强度信息,所以出于成本考虑都会使用线阵CCD。

法国Greateyes深度制冷宽谱CCD相机