在微观shi界的探索之旅中，拉曼光谱仪无疑是科研人员和工程师们的得力助手。而在拉曼光谱仪中，衍射光栅扮演着至关重要的角色，它能将多色光分离成其组成的波长，助力我们看清物质的特性。今天，昊量讲堂就来带大家深入了解，如何为拉曼光谱仪挑选合适的衍射光栅！
衍射光栅在拉曼光谱仪中的工作原理堪称精妙。它能把收集到的拉曼散射的组成波长，巧妙地分离到 CCD 相机的不同像素上进行检测。毫不夸张地说，每一台拉曼光谱仪都至少需要一个衍射光栅，而很多时候，为了让仪器能更好地适配不同样品和激发波长，还会配置多个光栅。
AUT-XperRam 共聚焦显微拉曼光谱仪系统，作为上海昊量光电设备有限公司推出的科研级分析仪器典范，采用独特的光栅设计结构，并运用振镜扫描技术，集高精度、高效率、高灵活性与高稳定性于一体。在科研级拉曼市场领域，展现出了极为显著的优势 。
昊量讲堂3|揭秘拉曼光谱仪光栅选择密码，解锁微观shi界的神奇利器
在微观shi界的探索之旅中，拉曼光谱仪无疑是科研人员和工程师们的得力助手。而在拉曼光谱仪中，衍射光栅扮演着至关重要的角色，它能将多色光分离成其组成的波长，助力我们看清物质的特性。今天，昊量讲堂就来带大家深入了解，如何为拉曼光谱仪挑选合适的衍射光栅！
衍射光栅在拉曼光谱仪中的工作原理堪称精妙。它能把收集到的拉曼散射的组成波长，巧妙地分离到 ccd 相机的不同像素上进行检测。毫不夸张地说，每一台拉曼光谱仪都至少需要一个衍射光栅，而很多时候，为了让仪器能更好地适配不同样品和激发波长，还会配置多个光栅。
那么，在为拉曼光谱仪选择衍射光栅时，有哪些关键因素需要我们重点关注呢？答案就在四个核心要点：光谱分辨率、光谱范围、闪耀波长和激发波长。
先来说说光谱分辨率，它和光栅的刻线密度紧密相关。光栅具有固定的刻线密度，其刻线密度以每毫米刻线数（gr/mm）来衡量，这个数值直接决定了光的色散程度。刻线密度越高，光谱分辨率就越好。举个例子，1200 gr/mm 的光栅在分辨光谱时，能力远超 300 gr/mm 的光栅。从图 1 中我们可以直观看到，高刻线密度光栅能把光 “铺展” 到 CCD 的更大区域，从而大幅提升光谱分辨率。这里有个简单实用的经验法则：当刻线数量翻倍，分辨率也大致会翻倍。
我们通过实际实验来感受一下刻线密度对光谱分辨率的影响。用三个不同的衍射光栅，搭配 532nm 激发波长，对尼龙6进行光谱测量（图 2）。从测量结果中，300 g/mm 光栅和 1800 g/mm 光栅下光谱分辨率的显著差异一目了然，高刻线密度光栅的 “实力” 可见一斑。
图2. 使用3个不同光栅获取的尼龙的拉曼光谱
不过，刻线密度就像一把 “双刃剑”，它在影响光谱分辨率的同时，也会对光谱范围产生作用。增加刻线密度，光谱范围反而会减小。我们以环己烷样品为例，将其放在比色皿支架中，用 638 nm 激发，使用五个不同光栅进行分析（图 3）。从光谱图中可以清晰看到，随着刻线密度增加，分辨率提升了，但光谱范围却变小了。光谱仪的光谱范围和光栅刻线密度呈反比关系，这也意味着，在获取拉曼光谱时，光谱范围和分辨率之间存在着 “鱼与熊掌不可兼得” 的取舍。不过别担心，昊量光电的全自动拉曼 AUT-Hyper，凭借接谱功能，在一定程度上拓宽了高刻线密度光栅的观测光谱范围，虽然采集时间会有所增加，但为我们的研究带来了更多可能。
图3. 使用不同光栅和1800gr/mm光栅（品红色）扩展扫描的环己烷的拉曼光谱。插图显示了具有300 gr/mm和1800 gr/mm光栅的样品的高波数区域。
闪耀波长也是选择光栅时不容忽视的关键。它就像为光栅 “量身定制” 的优化标识，代表着光栅效率达到Max的波长。不同闪耀波长的光栅，是为了优化不同的波长区域而设计。一般来说，可见光和近红外激光器使用相同闪耀波长的光栅，能保持相近的效率；但如果是在拉曼激光器的使用波长ji端情况，比如≤325nm 和≥1064nm 激发时，就需要特定闪耀波长的光栅来优化光谱仪性能。从图 4 中两个 600 gr/mm 光栅的绝对效率曲线可以看出，550 nm 闪耀波长的光栅适合可见光激光器，而 750 nm 闪耀波长的光栅更适配 NIR 激光器。如果用 785nm 激光器激发，550nm 闪耀光栅的效率仅约 52%，而 NIR 优化的光栅效率能达到约 71%，这对光谱质量和采集时间的影响不言而喻。
图4. 突出显示了两个激光器（532nm和785nm）下，闪耀波长分别为550nm和750nm的两个600gr/mm光栅的绝对效率曲线。
拉曼光谱仪不仅能分析拉曼光谱，还能用于测量光致发光（PL）。在 PL 测量中，通常使用 UV 或可见光激发，由于 PL 光谱一般比较宽，这时低刻线密度光栅就派上用场了，它能帮助我们获得更宽的光谱范围。比如在对墨水的分析中（如图5），使用 532 nm 激光，300 gr/mm 光栅能将光谱范围覆盖到 1200 nm，轻松呈现 700 nm 处的 PL 峰。当然，根据需求不同，搭配 1800gr/mm 光栅，还能在避开 PL 干扰的情况下，清晰分辨出拉曼光谱。
图5. 使用300gr/mm（绿色）和1800gr/mm（红色）光栅获取的笔墨的PL和拉曼光谱
zui后，激发波长也是选择光栅的重要依据。可以简单理解为，UV 和可见激光器更适合高刻线密度的光栅，而 NIR 激光器则与低刻线密度光栅 “更配”。因为拉曼光谱采用波数（cm-1）作为能量相关单位，随着激光激发波长降低，光谱分辨率也会降低。同时，不同刻线密度的光栅有其理论波长极限，例如 2400 gr/mm 光栅适用于可见光和紫外激光器，3600 gr/mmm 光栅更适合 UV 激发。从图 6 中五个常用光栅在 532 nm 和 785 nm 激光器下的光谱范围对比，就能明显看出近红外激光器光谱范围的差异。所以，对于 UV 激光器，推荐使用 2400 gr/mm 和 3600 gr/mmm 等高刻线密度光栅；对于 NIR 激光器，300 gr/mm 和 600 gr/mm 等低刻线密度光栅更为合适。
图5. 使用532nm和785nm激发的5个光栅的光谱范围
综上所述，在拉曼光谱中选择光栅，需要我们根据实际需求，明确优先级。首先要确保光栅在激发激光的合适波长下闪耀，这样才能获得高效率；然后根据所需的光谱分辨率和光谱范围，挑选恰当的刻线密度，同时还要综合考虑拉曼强度、采集时间和信噪比等因素。
说了这么多光栅的知识，接下来要给大家重磅介绍我们的明星产品 ——AUT-XperRF 共聚焦显微拉曼光谱仪系统！它堪称 “全能选手”，集众多强大功能于一身。作为二合一仪器，它拥有拉曼光谱模块和 TRPL 测量模块，是确定材料特性的绝佳工具；同时，它还是 AUT-XperRAM S 系列和 FLIM 的组合，配备高性能光谱仪、检测器以及大面积快速扫描模块。其采用的透射光栅，能将效率提升到 90% 以上，再搭配 ANDOR 的 OEM CCD，将有高效率发挥。
它的 “十八般武艺” 能为我们做什么呢？拉曼光谱单点采集、拉曼 mapping 图像采集、光致发光（PL）数据采集、时间分辨光致发光（TRPL）数据采集，统统不在话下！无论是生物学、医学研究，还是太阳能电池效率分析，只要利用拉曼、TRPL、PL 和 EL 的数据，它都能大显身手，应用范围超乎想象！
微观shi界充满神秘与惊喜，等待着我们去探索发现。现在，加入我们，借助 AUT-XperRam 共聚焦显微拉曼光谱仪系统这双 “魔法之眼”，开启检测新篇章，解锁微观shi界的无限可能！
昊量光电，致力于为拉曼光谱研究打造一站式服务，同时提供其他材料分析技术。我们的产品从设计到制造，始终聚焦高效率、卓越性能和高性价比。对于 AUT-XperRam 共聚焦显微拉曼光谱仪系统有兴趣或者任何问题，都欢迎通过电话、电子邮件或者微信与我们联系。
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