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| 品牌 | ZOLIX/卓立漢光 | 應(yīng)用領(lǐng)域 | 電子,綜合 |
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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)，通過散射光的頻移量來獲得分子振動(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)稱性等緊密相關(guān)。
拉曼光譜的優(yōu)勢(shì)
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。
在激光器的選擇上，高脈沖能量激光器是主流激光器，常見的是可見光波段的激光器， 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 和帶有電子快門的ICCD，連續(xù)激光源搭配CCD 探測(cè)器能滿足較短距離探測(cè)需求。高脈沖能量激光器搭配ICCD 探測(cè)器，通過對(duì)門寬的設(shè)置可以較好地排除背景光和衰減時(shí)間長的熒光干擾，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 | 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 |
最大操作壓力 | 15 psi |
光纖配置 | 100/100 um 標(biāo)準(zhǔn)配置，其他可選 |
接口類型 | FC 或者 SMA |
其他 | 可定制 |
望遠(yuǎn)鏡
激發(fā)波長 | 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 | 532nm | 532nm |
脈沖能量 / 功率 | 290mJ | 100mW |
重復(fù)頻率 | 10Hz | CW |
線寬 | < 0.005 cm-1 | ＜ 0.00001nm |
光譜儀
類型 | 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 刻線光柵 | 5cm-1 @1800 刻線光柵 |
探測(cè)器
類型 | 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)門寬 | ＜ 2ns | 無 |
讀出噪聲 | 5 e- | 4.5 e- |
門控 | 2ns | 無 |
響應(yīng)范圍 | 280 – 810nm | 200-1100nm |
典型應(yīng)用
行星探測(cè)
中國科學(xué)院萬雄老師設(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)模塊搭載在無人遙控車，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)分析方面的獨(dú)te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)材料生長過程，如成分含量、結(jié)晶度、缺陷量、薄膜生長速率等參數(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 制備金剛石膜生長過程，探測(cè)距離最高達(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過程中層數(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過程，實(shí)現(xiàn)了從連續(xù)多晶薄膜生長為毫米級(jí)無缺陷單晶。
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.
[4] 胡廣驍, 熊偉, 羅海燕, 等. 用于遠(yuǎn)程探測(cè)的空間外差拉曼光譜技術(shù)研究[J]. 光譜學(xué)與光譜分析, 2016, 36(12): 3951-3957.
[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.
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