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可调谐激光光源的拉曼光谱方案

发布时间:2022-03-29 14:28:18 浏览量:2334 作者:Leon

摘要

超连续介质激光器可以作为一种经济、灵活的可调谐激发激光器,用于400 ~ 1000 nm范围内的共振拉曼光谱测量。它结合了超连续介质激光器、透射光栅和可调谐滤光片。将宽频带通滤波器与透射光栅相结合,可获得亚纳米带宽的可调激发光。可调谐带通滤波器可以有效地去除相对于固定波数以下的杂散光。

正文


可调谐激光光源的拉曼光谱方案


拉曼系统常常利用滤光片将激光束反射到显微物镜中,阻断瑞利散射,并将拉曼信号传输到光谱仪中,长通滤光片是测量斯托克斯分量的常用滤光片。但是随着入射角度的增大,边缘截止波长会出现蓝移,且随着入射角的增加,s和p偏振的边缘移动量不一致,使得他们不适合于共振拉曼谱测量。如下图1a所示,入射角增大到30°时边缘蓝移约20 nm,且s偏振和p偏振表现出了7 nm的分裂,说明不适用于可调谐激发。图1b所示的TLP滤光片可在0-60°范围内偏转并不降低边缘陡度,且在全量程范围内提供OD>6的光密度和90%以上的传输,可调谐波长可覆盖400-1100 nm,很适合于可调谐激光光源拉曼测试。


图1


如下图2a所示,一个超连续激光光源(400-2400 nm)经超冷滤光片(1100 nm以上)或宽带带通滤光片过滤。然后经透射光栅分光,并经狭缝滤出所需要的单色光,其作为激发光。光谱仪前的TLP滤光片通过选择角度得到拉曼信号。通过测试硅片的拉曼谱如图2b,透射光栅对来自超连续谱激光器的宽激光源具有良好的色散,上述瑞利线可以缩小到15波数。但是在光谱区域仍然存在较强的杂散光,其强度是瑞利线的100倍,掩盖了硅的拉曼信号。这些杂散光来自于激发光源,所以需要进一步净化单色激发。


图2


常见的带通随着入射角的增大也会出现失真和偏振分裂现象,类似于上述长通(图1a),而图3a所示的两个不同角度下的TBP滤光片,其在60°范围内具有陡峭的边缘极化不敏感性,可根据需要调整角度。图3b则是两片TBP滤光片经过精细调整入射角后的透射谱,可窄至1 nm,是可调谐激光源的优质选择。图中灰色虚线则是长通TLP的边缘截止线。


图3


下图4a所示中在光栅滤光后加入上述两片TBP滤光片即可得到干净的硅拉曼谱,如图4b所示。与截止线在200波数的TLP滤光片搭配后,可测到低至200波数的拉曼谱,且杂散光得到很好的抑制,硅信号的强度是瑞利信号的1/50。


图4


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