拉曼测试中的二维材料通常还需要使用二次谐波来表征样品的结构与对称性，其测量的准确性较高的依赖于激发光的偏振态，在不同的多功能拉曼光学系统中所使用的测试方法的光学结构原理也不同，常见的二次谐波测量方式有三种，且各有其优缺点。
拉曼测试中二次谐波的测量方式
二次谐波测量方式一般有以下3种，第一种是基于二向色镜，第二种是基于反射式，第三种是基于低通滤光片。
图1
利用二向色镜的方式是最常见的测量二次谐波的光路，原理如上图1所示。它是将飞秒激光器的激光源引入光路中，通过二向色镜将激发光向下反射到显微镜中，显微镜物镜不仅将基频光聚焦到样品上，同时也收集样品表面激发出来的二次谐波光，然后基频光被二向色镜阻挡，二次谐波光则透过二向色镜入射到光谱仪中。由于二次谐波测试总是伴随着激发光偏振态的改变，而该偏振态的改变取决于起偏偏振方向与半波片快轴的夹角，所以光路中还放置了起偏器和检偏器以及偏振态改变装置--半波片，起偏器和半波片放置在二向色镜前，检偏器放置在光谱仪前。起偏器将激发光起偏，半波片将线偏激发光转变为特定角度的线偏振光，检偏器则检测激发出来的二次谐波的偏振状态。如果不通过半波片改变激光的偏振态，可通过另一种方法。入射激光的偏振方向在空间保持不变，将待测样品放置在一个可旋转的载物台上，随着样品台的旋转，样品在空间上也旋转了该角度，因此入射激光的偏振方向角相对于样品也同步发生了变化。但是该方法需要将样品放置在载物台的中心位置，且载物台旋转时需要把控速度，否则旋转时产生的离心力可能会将样品甩出原始位置，因此需要物理方法将样品吸附在载物台表面。
图2
第二种是反射式二次谐波测量系统，光路原理如上图2所示。飞秒激光器经过反射镜入射到显微系统物镜中一侧，激发样品产生二次谐波，同时物镜收集二次谐波从另一侧回到光谱仪，由于没有滤光系统，在光谱仪前方还需放置带通或低通滤波片。两束光束之间存在一定的位置偏差，又需要耦合到显微镜系统中，所以激发光与信号光的空间夹角需要足够小，光程足够长。如果激发光斑较大，可能还需要更换大通光口径和大数值孔径的物镜。上图中起偏器和半波片置于反射镜之后，因此到达样品表面的激发光偏振态会很纯正。
图3
第三种利用低通滤光片替代了上述两种方案中二向色镜和反射镜的功能。倾斜滤光片式测量光路的光路原理图如图3所示。激发光由反射镜斜入射到以极小角度（0°-2°）倾斜放置的低通滤光片上，长波段的激发光被反射到显微系统物镜中聚焦到待测样品表面，短波段二次谐波依然通过该物镜收集并同轴透过低通滤波片入射到光谱仪中。由于系统空间的原因，其起偏器和半波片放置在反射镜前，检偏器仍放置在光谱仪前。与利用二向色镜不同，二向色镜90°改变光路，其表面镀的介质膜会影响激发光的偏振状态，所以旋转半波片时得到的线偏振状态会与入射到样品材料上的偏振状态存在较大的误差。而滤光片几乎以垂直角度反射激发光，所以入射光偏振状态控制的更为精确。
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