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RTS2-L系列遠(yuǎn)程拉曼測(cè)試系統(tǒng)

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(guò)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(guó)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。
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產(chǎn)品概述
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(guò)散射光的頻移量來(lái)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(guò)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(guó)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(jiàn)的是可見(jiàn)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(jiàn)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(guò)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(zhǎng)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(zhǎng)

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(zhǎng)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(zhǎng)

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(zhǎng)

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(wú)

讀出噪聲

5 e-

4.5 e-

門控

2ns

無(wú)

響應(yīng)范圍

280 – 810nm

200-1100nm



典型應(yīng)用

行星探測(cè)

中國(guó)科學(xué)院萬(wàn)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(wú)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)特能力，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(zhǎng)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(zhǎng)過(guò)程，如成分含量、結(jié)晶度、缺陷量、薄膜生長(zhǎng)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(zhǎng)過(guò)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(zhǎng)過(guò)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(zhǎng)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了從連續(xù)多晶薄膜生長(zhǎng)為毫米級(jí)無(wú)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)：
[1] 趙家煒, 馬建樂(lè), 郝銳, 等. 遠(yuǎn)程增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 光散射學(xué)報(bào), 2021.
[2] 袁汝俊, 萬(wàn)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.
[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.