拉曼光谱测试系统的搭建

背景介绍

与瑞利散射不同，拉曼散射相对入射光有一定的频移。另外，重要的一点是拉曼信号极其微弱，通常每10⁹ ~ 10¹¹个光子中只有一个光子发生拉曼散射。正如C. V. Raman本人所说，“迄今为止阻碍我们研究这个新现象（拉曼散射）的最大难点就是极其微弱的信号”。然而，随着科技的进步，包括光源、滤光片和探测器等主要器件的升级，这一难题也逐渐被攻克，拉曼光谱测试技术也因而变得愈来愈流行。

本文将介绍如何使用一些基本光学元件搭建一套简单实用的拉曼光谱测试系统，并通过测量一些标准化学物（包括液体和有机混合物）光谱来展示系统的灵敏度和分辨率。

实验装置

Newport TAC拉曼光谱测试系统示意图及实物照片

上图显示的便是Newport技术与应用中心（Technology & Application Center, TAC）搭建的拉曼光谱测试系统。光源选用的是波长532 nm的连续二极管泵浦固态激光器（Excelsior^®,Spectra-Physics）。通常为了避免荧光的干扰，我们还可以选用更长波长的激光器，例如Newport也提供785 nm拉曼激光模块。激光器输出经由一个可变衰减器（Application Note 26，随后介绍）控制强度，再通过特定的光路由物镜聚焦到样品上。物镜前的光路中安装有一个二向色镜，其主要作用是反射激发光、透射拉曼散射光并削弱背向散射的激发光。样品放置于XY平移台上，移动平移台及物镜便可控制激光焦点在样品中的位置，从而获得样品内不同区域的拉曼信息。背向散射的拉曼信号被物镜收集准直，透过二向色镜，由一个聚光透镜聚焦到光谱仪入射狭缝，狭缝前的长波通滤光片可以进一步阻挡剩余的激发光。光谱仪由一个单色仪（MS260i™ 1/4 m Spectrograph）和一个CCD相机（InstaSpec^® X）构成，拉曼信号被单色仪色散开后成像到CCD相机。