THORLABS拉曼光譜儀CCS200

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THORLABS拉曼光譜儀CCS200

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產(chǎn)品：Thorlabs激光器，光機(jī)械儀器,，光纖,，光隔離器等

Thorlabs 生產(chǎn)：光隔離器、光學(xué)元件,、

Thorlabs公司已經(jīng)成長(zhǎng)為光電子社會(huì)的一個(gè)組成部分,。

Thorlabs公司擁有位于世界各地的10個(gè)國(guó)家的15個(gè)實(shí)質(zhì)性的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)設(shè)施。

拉曼光譜儀：途徑

拉曼光譜是一種光譜技術(shù),，可以檢測(cè)經(jīng)歷了拉曼散射的光子,。由于拉曼散射比瑞利散射較弱，因此拉曼光譜儀的一個(gè)主要?dú)v史問(wèn)題是將較弱的拉曼信號(hào)從較強(qiáng)的瑞利信號(hào)分離,。今天,，這個(gè)問(wèn)題可以很容易用陷波濾光片或邊通濾光片來(lái)解決。類(lèi)似地,，由于CCD光譜儀的出現(xiàn),，記錄拉曼光譜容易了很多。下圖為在Thorlabs構(gòu)造的一個(gè)拉曼光譜儀系統(tǒng),。這個(gè)特定的拉曼光譜儀用于780 nm的光,，利用TLK-780M可調(diào)諧激光器套件將光饋送到錐形放大器中。

在這種側(cè)面散射的配置中,，激光的偏振設(shè)置為相對(duì)于桌面垂直(水平偏振光無(wú)法水平散射),。樣品(保存在比色皿中)安裝在Thorlabs的CVH100比色皿架中，它使得光可以照射在比色皿的四個(gè)面上,，對(duì)拉曼光譜儀而言非常理想,。散射光通過(guò)光纖收集，并饋送到Thorlabs的CCS200光譜儀中,。右下方給出了用這個(gè)780 nm拉曼光譜儀測(cè)量的異丙醇的拉曼光譜,。

拉曼光譜儀的功率

拉曼測(cè)量中功率很重要,。拉曼散射不僅弱,，而且以1/λ4的比例降低。數(shù)據(jù)采集的靈敏度和積分時(shí)間隨著功率增大而改善,，只要陷波濾光片或邊通濾光片能夠衰減較強(qiáng)的瑞利信號(hào)且功率低于裝置的損傷/飽和閾值即可,。為解決這個(gè)需求，Thorlabs提供幾種輸出功率在幾百毫瓦的785 nm激光二極管封裝,，例如LD785-SE400或LD785-SEV300,，它們的功率分別為400 mW和300 mW,。

拉曼光譜儀的激光源

當(dāng)利用激光器在樣品中產(chǎn)生拉曼散射時(shí)，功率足夠大很重要,，從而可改進(jìn)測(cè)量的靈敏度和積分時(shí)間,。Thorlabs已經(jīng)在開(kāi)發(fā)我們的GaAs材料設(shè)計(jì)和處理能力，從而制造可靠的裝置,，同時(shí)改善輸出功率和可用波長(zhǎng),。

下面概括了可用于拉曼光譜儀的Thorlabs激光源選擇。

基于GaAs的法布里-珀羅和DFB半導(dǎo)體激光二極管
我們基于GaAs的增益芯片和二極管激光器的產(chǎn)品線(xiàn)可改善儀器信號(hào)質(zhì)量,，通過(guò)加入更高功率的替換元件或針對(duì)定制二極管設(shè)計(jì)新的儀器來(lái)實(shí)現(xiàn),。傳統(tǒng)上，許多拉曼光譜儀都是圍繞785 nm的芯片制造的,。我們提供兩種Ø9 mm TO封裝,、波長(zhǎng)在785 nm的激光二極管，其中一種是功率為400 mW的二極管(LD785-SE400),，另一種是波長(zhǎng)穩(wěn)定的激光二極管(LD785-SEV300),，功率為300 mW。

對(duì)于一些應(yīng)用,，可能需要其它波長(zhǎng)來(lái)平衡1/λ4拉曼信號(hào)與特定樣品的背景熒光的依賴(lài)性,。GaAs材料系統(tǒng)可設(shè)計(jì)用于產(chǎn)生從630 nm到約1050 nm的波長(zhǎng)。在這些情況下,，Thorlabs的OEM制造能力能夠開(kāi)發(fā)出一種解決方案來(lái)滿(mǎn)足特定應(yīng)用

 CCS175

CVH100

CV10Q3500

CV10Q700

拉曼光譜：基礎(chǔ)知識(shí)

1928年,，Krishna和拉曼發(fā)現(xiàn)了拉曼光譜，由此產(chǎn)生了從線(xiàn)性拉曼光譜到相干反斯托克斯拉曼光譜等多種專(zhuān)門(mén)的技術(shù),，從而證明它是光譜分析的一種強(qiáng)大工具,。拉曼光譜的一種應(yīng)用是測(cè)量系統(tǒng)(例如分子)的振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和其他低頻模式,。

分子產(chǎn)生的拉曼散射是一種非彈性散射,，其終和初始能態(tài)不同，導(dǎo)致分子處于不同的量子態(tài),。拉曼散射與瑞利散射相反,，后者是一種彈性散射，其終能量狀態(tài)和初始能量狀態(tài)相同(即能量守恒),，且分子保持相同的量子態(tài),。瑞利散射和拉曼散射都取決于分子的極化率：分子的極化率越強(qiáng)，散射截面越大,。雖然瑞利散射和拉曼散射都是二階過(guò)程,，比例為1/λ4，但瑞利散射的散射速率比拉曼散射的散射速率大103倍[1],。一般而言,，在拉曼光譜學(xué)中,，必須提取更強(qiáng)的瑞利信號(hào)，因?yàn)樗鼛缀醪粫?huì)提供關(guān)于振動(dòng)模式的相關(guān)信息,。

由于拉曼光譜要求極化率變化是簡(jiǎn)正坐標(biāo)函數(shù),，因此其中的一個(gè)局限在于它不能直接測(cè)量偶極子躍遷。鑒于此,，拉曼光譜有時(shí)與其他技術(shù)一起使用,，以全面測(cè)量分子的振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。例如,，在二氧化碳分子中,，對(duì)于右圖所示的三種振動(dòng)態(tài)，只有ν1(對(duì)稱(chēng)拉伸)是拉曼激活的,。另外兩種振動(dòng)狀態(tài)(彎曲和反對(duì)稱(chēng)拉伸)是紅外激活的[2],；因此，拉曼光譜和紅外光譜構(gòu)成了互補(bǔ)性測(cè)量,。

使用532 nm拉曼光譜儀(下圖)測(cè)量丙酮的拉曼光譜,，并與公布的結(jié)果(上圖)比較。

拉曼散射包含兩個(gè)光子過(guò)程,，首先,，入射光子(hνi)被分子吸收，然后分子被激發(fā)到“虛擬”水平(不一定是固定的本征態(tài)),。達(dá)到虛擬水平之后,，分子衰減到激發(fā)態(tài)并發(fā)射“散射”光子(hνs)。通常,，分子的初始狀態(tài)是基態(tài),，因此，散射光子的能量小于入射光子的能量,。這種能量差異與分子的振動(dòng),、旋轉(zhuǎn)或電子能量有關(guān)[2]。能量比入射光子更少的散射光子的發(fā)射稱(chēng)為斯托克斯輻射,，而能量比入射光子更多的散射光子的發(fā)射則稱(chēng)為反斯托克斯輻射,。左圖顯示了斯托克斯和反斯托克斯輻射。由于反斯托克斯輻射要求分子在散射之前就已經(jīng)處于激發(fā)態(tài),，因此反斯托克斯信號(hào)的峰值強(qiáng)度低于斯托克斯信號(hào)的峰值強(qiáng)度,。

右圖顯示了使用Thorlabs的DJ532-40激光二極管測(cè)得丙酮的典型拉曼光譜與公布的結(jié)果相比較。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的線(xiàn)性拉曼光譜,，通過(guò)幾次測(cè)量獲得關(guān)于分子的信息,。散射輻射的線(xiàn)寬可能會(huì)產(chǎn)生大量關(guān)于系統(tǒng)的各種信息,。例如,，在氣體樣品中,，線(xiàn)寬可以表示多普勒寬度、碰撞展寬,、自然線(xiàn)寬等,。拉曼光譜的極性分析還產(chǎn)生關(guān)于各向異性和極化性張量的附加信息。另外,，可以從極化分析中提取關(guān)于分子取向或振動(dòng)對(duì)稱(chēng)性的信息,。后，拉曼線(xiàn)的強(qiáng)度與初始狀態(tài)下分子的散射截面和密度有關(guān)10

將光傳遞到樣品

上述拉曼光譜儀實(shí)驗(yàn)使用Thorlabs的光機(jī)械組件,、光學(xué)元件安裝座和光學(xué)元件等許多產(chǎn)品組件構(gòu)造,。該裝置利用我們的SM1透鏡套管和30 mm籠式系統(tǒng)搭建在面包板上。組件利用我們的Ø1/2英寸和Ø1英寸接桿配件和基座來(lái)進(jìn)行安裝,?；蛘撸覀兊谋姸喙鈱W(xué)導(dǎo)軌產(chǎn)品為搭建用于您實(shí)驗(yàn)的支撐結(jié)構(gòu)提供了另一選擇,。除了我們標(biāo)準(zhǔn)的光學(xué)元件安裝座產(chǎn)品之外,，我們提供低漂移可調(diào)反射鏡安裝座來(lái)將光學(xué)元件安裝到需要長(zhǎng)期對(duì)準(zhǔn)穩(wěn)定性的系統(tǒng)中，尤其是在實(shí)驗(yàn)作業(yè)之間溫度可能循環(huán)的情況,。

光學(xué)元件
Thorlabs提供很寬范圍的反射鏡,，它們可以用于將光引導(dǎo)通過(guò)系統(tǒng)。除了我們的平寬帶介質(zhì)膜和金屬膜反射鏡外,，我們也提供凹面和離軸拋物面反射鏡,，它們可用于聚焦或準(zhǔn)直系統(tǒng)內(nèi)的光，同時(shí)不引入色差,。

相比于通過(guò)其它機(jī)制(比如瑞利散射或從樣品發(fā)射的熒光)產(chǎn)生的光信號(hào),，拉曼散射產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)較弱的信號(hào)?？梢詾V除不需要的信號(hào)的濾波器是拉曼光譜儀系統(tǒng)的重要部分,。Thorlabs的優(yōu)質(zhì)硬膜邊通濾波器和帶通濾波器產(chǎn)品系列提供了一個(gè)解決方案。我們的產(chǎn)品線(xiàn)包括長(zhǎng)波通濾波器,，截止波長(zhǎng)在500 nm和1000 nm之間,，以及帶通濾波器，中心波長(zhǎng)在400 nm和1064 nm之間,。

光纖
光纖跳線(xiàn)可以是簡(jiǎn)化拉曼光譜儀應(yīng)用中的光引入或光收集的一種簡(jiǎn)便方式,。它們有多重纖芯尺寸、接頭類(lèi)型和線(xiàn)纜長(zhǎng)度可供選擇,。如果您無(wú)法找到適合您應(yīng)用的光纖跳線(xiàn),，您可以通過(guò)我們的定制光纖跳線(xiàn)服務(wù)來(lái)設(shè)計(jì)您自定義的光纖跳線(xiàn)。

保護(hù)激光器免受背反射
來(lái)自裝置中的光學(xué)元件的被反射可再次進(jìn)入激光腔內(nèi),，這可能造成跳模,、振幅調(diào)制,、頻率偏移或者甚至損壞激光源。光學(xué)隔離器是無(wú)源磁光器件,，它僅允許光在單方向上行進(jìn),，保護(hù)激光源免受被反射或系統(tǒng)中隔離器之后可能出現(xiàn)的其它信號(hào)。Thorlabs的光學(xué)隔離器可選光纖耦合和自由空間配置,，中心波長(zhǎng)范圍從紫外光到紅外光,。雖然我們的隔離器是從庫(kù)存發(fā)貨的，發(fā)貨時(shí)間短,，但是我們也提供定制隔離器,。更多信息或者要求報(bào)價(jià)，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)定制隔離器頁(yè)面,。

樣品夾持器

使用Thorlabs的CVH100比色皿架將樣品溶液整合到上述拉曼光譜儀中,。該比色皿架可與常量與微量比色皿一起使用，且具有四個(gè)光端口,?？赏ㄟ^(guò)裝配在CVH100頂部槽中的濾光片架添加一個(gè)濾光片。該比色皿架還帶有光纖轉(zhuǎn)接件,，它包括一個(gè)準(zhǔn)直透鏡,，使輸出光可以光纖耦合到探測(cè)器中。

探測(cè)

Thorlabs提供CCD光譜儀產(chǎn)品系列,，它們可用于記錄拉曼光譜儀裝置產(chǎn)生的光譜,。這些小型光譜儀帶SMA接頭的輸入，且附帶一個(gè)SMA轉(zhuǎn)SMA接頭的光纖跳線(xiàn),。每個(gè)光譜儀的波長(zhǎng)和振幅都經(jīng)過(guò)校正,。光譜儀通過(guò)一個(gè)軟件包進(jìn)行控制，它包括一個(gè)圖形用戶(hù)界面和多組驅(qū)動(dòng)器,，用于進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析,。

拉曼光譜：基礎(chǔ)知識(shí)

1928年，Krishna和拉曼發(fā)現(xiàn)了拉曼光譜,，由此產(chǎn)生了從線(xiàn)性拉曼光譜到相干反斯托克斯拉曼光譜等多種專(zhuān)門(mén)的技術(shù),，從而證明它是光譜分析的一種強(qiáng)大工具。拉曼光譜的一種應(yīng)用是測(cè)量系統(tǒng)(例如分子)的振動(dòng),、旋轉(zhuǎn)和其他低頻模式,。

分子產(chǎn)生的拉曼散射是一種非彈性散射，其終和初始能態(tài)不同,，導(dǎo)致分子處于不同的量子態(tài),。拉曼散射與瑞利散射相反，后者是一種彈性散射，其終能量狀態(tài)和初始能量狀態(tài)相同(即能量守恒),，且分子保持相同的量子態(tài),。瑞利散射和拉曼散射都取決于分子的極化率：分子的極化率越強(qiáng)，散射截面越大,。雖然瑞利散射和拉曼散射都是二階過(guò)程，比例為1/λ4,，但瑞利散射的散射速率比拉曼散射的散射速率大103倍[1],。一般而言，在拉曼光譜學(xué)中,，必須提取更強(qiáng)的瑞利信號(hào),，因?yàn)樗鼛缀醪粫?huì)提供關(guān)于振動(dòng)模式的相關(guān)信息。

[Stokes and Anti-Stokes Radiation]

由于拉曼光譜要求極化率變化是簡(jiǎn)正坐標(biāo)函數(shù),，因此其中的一個(gè)局限在于它不能直接測(cè)量偶極子躍遷,。鑒于此，拉曼光譜有時(shí)與其他技術(shù)一起使用,，以全面測(cè)量分子的振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)狀態(tài),。例如，在二氧化碳分子中,，對(duì)于右圖所示的三種振動(dòng)態(tài),，只有ν1(對(duì)稱(chēng)拉伸)是拉曼激活的。另外兩種振動(dòng)狀態(tài)(彎曲和反對(duì)稱(chēng)拉伸)是紅外激活的[2],；因此,，拉曼光譜和紅外光譜構(gòu)成了互補(bǔ)性測(cè)量。

[Raman Spectrum for Acetone]
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使用532 nm拉曼光譜儀(下圖)測(cè)量丙酮的拉曼光譜,，并與公布的結(jié)果(上圖)比較,。

拉曼散射包含兩個(gè)光子過(guò)程，首先,，入射光子(hνi)被分子吸收,，然后分子被激發(fā)到“虛擬”水平(不一定是固定的本征態(tài))。達(dá)到虛擬水平之后,，分子衰減到激發(fā)態(tài)并發(fā)射“散射”光子(hνs),。通常，分子的初始狀態(tài)是基態(tài),，因此,，散射光子的能量小于入射光子的能量。這種能量差異與分子的振動(dòng),、旋轉(zhuǎn)或電子能量有關(guān)[2],。能量比入射光子更少的散射光子的發(fā)射稱(chēng)為斯托克斯輻射，而能量比入射光子更多的散射光子的發(fā)射則稱(chēng)為反斯托克斯輻射。左圖顯示了斯托克斯和反斯托克斯輻射,。由于反斯托克斯輻射要求分子在散射之前就已經(jīng)處于激發(fā)態(tài),，因此反斯托克斯信號(hào)的峰值強(qiáng)度低于斯托克斯信號(hào)的峰值強(qiáng)度。

右圖顯示了使用Thorlabs的DJ532-40激光二極管測(cè)得丙酮的典型拉曼光譜與公布的結(jié)果相比較,。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的線(xiàn)性拉曼光譜,，通過(guò)幾次測(cè)量獲得關(guān)于分子的信息。散射輻射的線(xiàn)寬可能會(huì)產(chǎn)生大量關(guān)于系統(tǒng)的各種信息,。例如,，在氣體樣品中，線(xiàn)寬可以表示多普勒寬度,、碰撞展寬,、自然線(xiàn)寬等。拉曼光譜的極性分析還產(chǎn)生關(guān)于各向異性和極化性張量的附加信息,。另外,，可以從極化分析中提取關(guān)于分子取向或振動(dòng)對(duì)稱(chēng)性的信息。后,，拉曼線(xiàn)的強(qiáng)度與初始狀態(tài)下分子的散射截面和密度有關(guān)

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