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远程拉曼光谱解决方案

简要描述:拉曼光谱具有特殊的指纹特性,可以为我们甄别物质本原提供一种解决方案。远程探测系统可以解决拉曼信号弱而不能远距离探测的问题。帮助我们获得较远距离的拉曼信号

  • 产品型号:
  • 厂商性质:代理商
  • 更新时间:2024-05-08
  • 访  问  量:810
详细介绍
品牌ZOLIX/卓立汉光应用领域电子,综合

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

最大操作压力

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

中国科学院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独te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,探测距离最高达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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