远程拉曼测试系统

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远程拉曼测试系统

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北京卓立汉光仪器有限公司成立于1999年,是国内精密光学仪器和精密机械运动与控制技术产品的供应商之一,致力于为广大光电行业从业者提供针对性的产品及解决方案。 目前公司的位移台、光学调整架等产品已经形成产品系列化,规格多元化,已广泛应用于国内高等院校和激光加工设备厂商等生产型企业用户单位中。自2000年通用型三光栅光谱仪量产后,公司持续推出多个系列的荧光、拉曼、太阳能电池检测等光谱测量系统,同样在上述用户群体中收到欢迎。成立20年来,卓立汉光始终坚持研发创新、快速反应和优质服务的经营理念,取得了稳步发展。目前其在国内拥有300多名员工,在上海、深圳、成都、西安设立分公司,在法国、波兰、韩国等国家拥有合作关系良好的代理商,构建了覆盖主要市场的行销网络。

详细信息

产品概述
远程拉曼光谱技术
拉曼光谱技术是用于研究物质结构的分子光谱技术,通过散射光的频移量来获得分子振动、转动情况,从而分析分子的结构、对称性、电子环境和分子结合情况,是定量和定性分析物质结构的一种强有力的技术手段。
拉曼光谱分析方法
拉曼光谱的强度、频移、线宽、特征峰数目以及退偏度与分子的振动能态、转动能态、对称性等紧密相关。
拉曼光谱的优势
近年发展的远程拉曼光谱探测技术,是根据拉曼散射效应远距离探测物质的技术,通过技术的发展及应用的拓展,目前已在行星、矿物勘测、远程爆炸物探测、化学物质泄漏和污染物测量等方面有很高的应用价值。国际目前常用的程拉曼探测系由以下部分组成:激发光源、光路收集模块、分光模块、探测模块、数据采集与分析模块。
在激光器的选择上,高脉冲能量激光器是主流激光器,常见的是可见光波段的激光器, 也有少量研究者采用红外波段和紫外波段。
目标样品拉曼信号的收集是远程拉曼光谱探测的关键技术环节,大口径望远镜有助于接收较弱的远程拉曼回波信号,户外远程探测时一般采用望远系统收集信号。常见技术有卡塞格林望远镜和拉曼光纤探头等。
在搭配探测器时,跟据激光器的选型可分为CCD 和带有电子快门的ICCD,连续激光源搭配CCD 探测器能满足较短距离探测需求。高脉冲能量激光器搭配ICCD 探测器,通过对门宽的设置可以较好地排除背景光和衰减时间长的荧光干扰,具有很高的应用前景。
远程拉曼测试系统
方案配置与选型
根据不同的客户需求,卓立汉光可以提供不同距离拉曼测试系统
① 多种收集器可选,适应0mm-1000mm 甚至更远距离的探测
② 连续激光器/ 脉冲激光器可选
③ 多种分光光谱仪可选,光栅光谱仪可实现高分辨率,VPH 光谱仪实现高通光量
④ 多种探测器可选,背照式深耗尽型光谱CCD 相机和ICCD 可选
主要参数一览表:
拉曼探头

激发波长

405, 514, 532, 633, 670, 671, 785, 808 nm.

其他可选

光谱范围

100-4000 cm-1 ( 不同激光器范围不同 )

焦距

20 mm to 100 mm

样品端光斑大小

~100 um @ 100 um 芯径激发光纤

工作距离

20 ~100 mm

数值孔径

0.22 @40 mm 焦距

探头尺寸

2.25" L x 0.96" W x 0.58" H

探头材质

超硬氧化铝或者 316 不锈钢

探头柄尺寸

1.125” 直径 x 3.8” 长度

探头柄材质

316 不锈钢

滤光片效率

O.D >6

操作温度

0-85 ⁰ C

操作压力

15 psi

光纤配置

100/100 um 标准配置,其他可选

接口类型

FC 或者 SMA

其他

可定制

望远镜

激发波长

532nm,785nm,其他可定制

光谱范围

200-4000 cm-1 ( 不同激光器范围不同 )

焦距

1000mm 标配,其他可选

样品端光斑大小

~100 um @ 100 um 芯径激发光纤

激光器接口

FC/APC

光谱仪接口

SMA

 

激光器

激光器

脉冲激光器

光纤激光器

激发波长

532nm

532nm

脉冲能量 / 功率

290mJ

100mW

重复频率

10Hz

CW

线宽

< 0.005 cm-1

< 0.00001nm

光谱仪

类型

C-T 式影像

校正光谱仪

VPH 光谱仪

焦距

320mm 焦距

85mm 焦距

通光孔径

F/4.2

F/1.8

光谱范围

200-1100nm

532-680nm

光谱分辨率

优于 2cm-1

@1800 刻线光栅

5cm-1

@1800 刻线光栅

探测器

类型

ICCD

CCD

有效像素

1024*1024

2000 x 256

像元尺寸

13um*13um

15 x 15 µm

有效探测面尺寸

(18mm MCP)

13.3mm*13.3mm

 

最短光学门宽

< 2ns

读出噪声

5 e-

4.5 e-

门控

2ns

响应范围

280 – 810nm

200-1100nm



典型应用

行星探测

万雄老师设计了一款激光诱导击穿光谱LIBS+ 拉曼系统在火星模拟环境下矿物样品的综合检测能力,采用卡塞格林望远镜结构,远程脉冲拉曼光谱激发,成功检测了8 种典型矿物质(孔雀石、蓝铜矿、雄黄、文石、方解石、硬石膏和石膏等),实验结果表明,该系统可以在火星条件下有效分析矿物种类和成分。



放射性核污染物检测

远程拉曼探测模块搭载在无人遥控车,搭配成空间外差拉曼光谱仪可以有效识别1m 处的放射性危险物品。



 

矿物勘探

远程拉曼光谱探测技术在矿物与有机质分析方面的能力,使得这一技术非常适用于行星表面探测等任务中。


材料生长原位监测

远程拉曼光谱技术可实现原位监测材料生长过程,如成分含量、结晶度、缺陷量、薄膜生长速率等参数。M. Gnyba 等人设计远程拉曼光谱技术用于原位监测CVD 制备金刚石膜生长过程,探测距离达197mm, 文中采用的工作距离为20cm。

图 单晶金刚石拉曼光谱

图 金刚石薄膜拉曼光谱
远程拉曼光谱可用于材料生长过程中层数、堆叠、缺陷密度和掺杂等参数。M. N. Groot 等人采用显微远程拉曼系统分析液态金属催化CVD 制备大面积石墨烯材料的生长过程,实现了从连续多晶薄膜生长为毫米级无缺陷单晶。
图 1370k 下405nm 激发的拉曼光谱图

图 冷却至室温后 514nm 激发下的拉曼光谱图
 
引用文献:
[1] 赵家炜, 马建乐, 郝锐, 等. 远程增强拉曼光谱技术及其应用[J]. 光散射学报, 2021.
[2] 袁汝俊, 万雄, 王泓鹏. 基于远程 LIBS-Raman 光谱的火星矿物成分分析方法研究[J]. 光谱学与光谱分析, 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] 胡广骁, 熊伟, 罗海燕, 等. 用于远程探测的空间外差拉曼光谱技术研究[J]. 光谱学与光谱分析, 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.
[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.

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