近年發(fā)展的遠(yuǎn)程拉曼光譜探測(cè)技術(shù)，是根據(jù)拉曼散射效應(yīng)遠(yuǎn)距離探測(cè)物質(zhì)的技術(shù)，通過(guò)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用的拓展，目前已在行星、礦物勘測(cè)、遠(yuǎn)程爆炸物探測(cè)、化學(xué)物質(zhì)泄漏和污染物測(cè)量等方面有很高的應(yīng)用價(jià)值。國(guó)際目前常用的程拉曼探測(cè)系由以下部分組成：激發(fā)光源、光路收集模塊、分光模塊、探測(cè)模塊、數(shù)據(jù)采集與分析模塊。

詳細(xì)介紹

產(chǎn)品概述

遠(yuǎn)程拉曼光譜技術(shù)

拉曼光譜技術(shù)是用于研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的分子光譜技術(shù)，通過(guò)散射光的頻移量來(lái)獲得分子振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)情況，從而分析分子的結(jié)構(gòu)、對(duì)稱(chēng)性、電子環(huán)境和分子結(jié)合情況，是定量和定性分析物質(zhì)結(jié)構(gòu)的一種強(qiáng)有力的技術(shù)手段。

拉曼光譜分析方法

拉曼光譜的強(qiáng)度、頻移、線(xiàn)寬、特征峰數(shù)目以及退偏度與分子的振動(dòng)能態(tài)、轉(zhuǎn)動(dòng)能態(tài)、對(duì)稱(chēng)性等緊密相關(guān)。

拉曼光譜的優(yōu)勢(shì)

在激光器的選擇上，高脈沖能量激光器是主流激光器，常見(jiàn)的是可見(jiàn)光波段的激光器，也有少量研究者采用紅外波段和紫外波段。

目標(biāo)樣品拉曼信號(hào)的收集是遠(yuǎn)程拉曼光譜探測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，大口徑望遠(yuǎn)鏡有助于接收較弱的遠(yuǎn)程拉曼回波信號(hào)，戶(hù)外遠(yuǎn)程探測(cè)時(shí)一般采用望遠(yuǎn)系統(tǒng)收集信號(hào)。常見(jiàn)技術(shù)有卡塞格林望遠(yuǎn)鏡和拉曼光纖探頭等。

在搭配探測(cè)器時(shí)，跟據(jù)激光器的選型可分為CCD 和帶有電子快門(mén)的ICCD，連續(xù)激光源搭配CCD 探測(cè)器能滿(mǎn)足較短距離探測(cè)需求。高脈沖能量激光器搭配ICCD 探測(cè)器，通過(guò)對(duì)門(mén)寬的設(shè)置可以較好地排除背景光和衰減時(shí)間長(zhǎng)的熒光干擾，具有很高的應(yīng)用前景。

遠(yuǎn)程拉曼測(cè)試系統(tǒng)
方案配置與選型

根據(jù)不同的客戶(hù)需求，卓立漢光可以提供不同距離拉曼測(cè)試系統(tǒng)

① 多種收集器可選，適應(yīng)0mm-1000mm 甚至更遠(yuǎn)距離的探測(cè)

② 連續(xù)激光器/ 脈沖激光器可選

③ 多種分光光譜儀可選，光柵光譜儀可實(shí)現(xiàn)高分辨率，VPH 光譜儀實(shí)現(xiàn)高通光量

④ 多種探測(cè)器可選，背照式深耗盡型光譜CCD 相機(jī)和ICCD 可選

主要參數(shù)一覽表：

拉曼探頭

激發(fā)波長(zhǎng)	405, 514, 532, 633, 670, 671, 785, 808 nm. 其他可選
光譜范圍	100-4000 cm-1 ( 不同激光器范圍不同 )
焦距	20 mm to 100 mm
樣品端光斑大小	~100 um @ 100 um 芯徑激發(fā)光纖
工作距離	20 ~100 mm
數(shù)值孔徑	0.22 @40 mm 焦距
探頭尺寸	2.25" L x 0.96" W x 0.58" H
探頭材質(zhì)	超硬氧化鋁或者 316 不銹鋼
探頭柄尺寸	1.125” 直徑 x 3.8” 長(zhǎng)度
探頭柄材質(zhì)	316 不銹鋼
濾光片效率	O.D >6
操作溫度	0-85 ? C
操作壓力	15 psi
光纖配置	100/100 um 標(biāo)準(zhǔn)配置，其他可選
接口類(lèi)型	FC 或者 SMA
其他	可定制

望遠(yuǎn)鏡

激發(fā)波長(zhǎng)	532nm,785nm，其他可定制
光譜范圍	200-4000 cm-1 ( 不同激光器范圍不同 )
焦距	1000mm 標(biāo)配，其他可選
樣品端光斑大小	~100 um @ 100 um 芯徑激發(fā)光纖
激光器接口	FC/APC
光譜儀接口	SMA

激光器

激光器	脈沖激光器	光纖激光器
激發(fā)波長(zhǎng)	532nm	532nm
脈沖能量 / 功率	290mJ	100mW
重復(fù)頻率	10Hz	CW
線(xiàn)寬	< 0.005 cm-1	＜ 0.00001nm

光譜儀

類(lèi)型	C-T 式影像校正光譜儀	VPH 光譜儀
焦距	320mm 焦距	85mm 焦距
通光孔徑	F/4.2	F/1.8
光譜范圍	200-1100nm	532-680nm
光譜分辨率	優(yōu)于 2cm-1 @1800 刻線(xiàn)光柵	5cm-1 @1800 刻線(xiàn)光柵

探測(cè)器

類(lèi)型	ICCD	CCD
有效像素	1024*1024	2000 x 256
像元尺寸	13um*13um	15 x 15 µm
有效探測(cè)面尺寸 (18mm MCP）	13.3mm*13.3mm
最短光學(xué)門(mén)寬	＜ 2ns	無(wú)
讀出噪聲	5 e-	4.5 e-
門(mén)控	2ns	無(wú)
響應(yīng)范圍	280 – 810nm	200-1100nm

典型應(yīng)用

行星探測(cè)

萬(wàn)雄老師設(shè)計(jì)了一款激光誘導(dǎo)擊穿光譜LIBS+ 拉曼系統(tǒng)在火星模擬環(huán)境下礦物樣品的綜合檢測(cè)能力，采用卡塞格林望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)，遠(yuǎn)程脈沖拉曼光譜激發(fā)，成功檢測(cè)了8 種典型礦物質(zhì)（孔雀石、藍(lán)銅礦、雄黃、文石、方解石、硬石膏和石膏等），實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以在火星條件下有效分析礦物種類(lèi)和成分。

放射性核污染物檢測(cè)

遠(yuǎn)程拉曼探測(cè)模塊搭載在無(wú)人遙控車(chē)，搭配成空間外差拉曼光譜儀可以有效識(shí)別1m 處的放射性危險(xiǎn)物品。

礦物勘探

遠(yuǎn)程拉曼光譜探測(cè)技術(shù)在礦物與有機(jī)質(zhì)分析方面的能力，使得這一技術(shù)非常適用于行星表面探測(cè)等任務(wù)中。

材料生長(zhǎng)原位監(jiān)測(cè)

遠(yuǎn)程拉曼光譜技術(shù)可實(shí)現(xiàn)原位監(jiān)測(cè)材料生長(zhǎng)過(guò)程，如成分含量、結(jié)晶度、缺陷量、薄膜生長(zhǎng)速率等參數(shù)。M. Gnyba 等人設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程拉曼光譜技術(shù)用于原位監(jiān)測(cè)CVD 制備金剛石膜生長(zhǎng)過(guò)程，探測(cè)距離達(dá)197mm，文中采用的工作距離為20cm。

圖單晶金剛石拉曼光譜

圖金剛石薄膜拉曼光譜

遠(yuǎn)程拉曼光譜可用于材料生長(zhǎng)過(guò)程中層數(shù)、堆疊、缺陷密度和摻雜等參數(shù)。M. N. Groot 等人采用顯微遠(yuǎn)程拉曼系統(tǒng)分析液態(tài)金屬催化CVD 制備大面積石墨烯材料的生長(zhǎng)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了從連續(xù)多晶薄膜生長(zhǎng)為毫米級(jí)無(wú)缺陷單晶。

圖 1370k 下405nm 激發(fā)的拉曼光譜圖

圖冷卻至室溫后 514nm 激發(fā)下的拉曼光譜圖

引用文獻(xiàn)：

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[2] 袁汝俊, 萬(wàn)雄, 王泓鵬. 基于遠(yuǎn)程 LIBS-Raman 光譜的火星礦物成分分析方法研究[J]. 光譜學(xué)與光譜分析, 2021, 41(4): 1265.

[3] Foster M, Wharton M, Brooks W, et al. Remote sensing of chemical agents within nuclear facilities using Raman spectroscopy[J].

Journal of Raman spectroscopy, 2020, 51(12): 2543-2551.

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[5] Sharma S K, Angel S M, Ghosh M, et al. Remote pulsed laser Raman spectroscopy system for mineral analysis on planetary surfacesto 66 meters[J]. Applied Spectroscopy, 2002, 56(6): 699-705.

[6] Gnyba M, Kozanecki M, Wroczyński P, et al. Long-working-distance Raman system for monitoring of uPA ECR CVD process of thin diamond/DLC layers growth[J]. Photonics Letters of Poland, 2009, 1(2): 76-78.

[7] Jankowski M, Saedi M, La Porta F, et al. Real-time multiscale monitoring and tailoring of graphene growth on liquid copper[J]. ACS nano, 2021, 15(6): 9638-9648.

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集光譜儀拉曼光譜儀