RTS2-L远程拉曼测试系统_北京卓立汉光仪器有限公司

产品概述

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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。

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。

技术优势：
(1) 多种收集器可选，适应30mm-1000m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
(5) 兼顾成像测试，可实现腔内样品准确定位

主要参数一览表：

激光波长	连续激光器：405, 514, 532, 633, 670, 671, 785, 808 nm（其他可选）脉冲激光器：532nm，线宽< 0.005 cm-1，10Hz,290mJ
拉曼频移范围	100-4000cm-1(不同激光可能不同)
探测距离	0-30mm@显微拉曼系统 30-200mm@拉曼探头
光谱仪	CT式320 mm 焦长光谱仪透射式VPH光谱仪
光谱	科研级CCD探测器： 2000x256 像素，背照式深耗尽芯片，QE>90%，300-1100nm响应，峰值效率95%，深度制冷到-60℃ 像增强型CCD探测器：1024*1024像素，2ns门控， 280 – 810nm响应，增益大于200
光谱分辨率	<1.5cm-1 @光栅光谱仪 < 5cm-1 @VPH光谱仪

远程拉曼探头

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

远程成像探头

适用波长	405nm-785nm
工作距离	~200mm
空间分辨	典型值：6um
成像相机	2000万像素，焦面17.6×11.8 mm
机械控制	XYZ位移以及俯仰可调，适配不同腔体

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
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	无
读出噪声	5 e-	4.5 e-
门控	2ns	无
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。

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[4]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

实测数据

真空腔内样品测试

GaN单晶工作距离80 mm（表观放大倍数1:1）积分时间：5 s

GaN/Au/Mica工作距离80 mm 积分时间：30 s

图像分辨率测试

USAF1951分辨率板测试，左图全图，右图为左图红圈中的放大图像

该套光学配置的理论分辨率为0.005mm，通过THORLABS的USAF1951标准分辨率板测试，如上图中的右图所示，能最小分辨的线对编号为右图虚线框中的“6-3”，对照如下1951 USAF测试靶的表格：

其分辨率为80.6 lp/mm，对应空间分辨率为1mm/(80.6*2)=0.006mm

通过芯径100μm的多模光纤将波长为520nm的绿色激光引入该套光学系统中，聚焦于PCB电路板，效果如下面两张图所示。其中图3中的绿色激光光点聚焦到了PCB版的标尺部分（位于13mm和14mm刻度线之间），每一小格为1mm，实测的光斑直径约120μm。图4中的绿色激光光点聚焦到了EMMC_BGA169封装结构的电极点阵的区域，其中相邻电极间距为0.5mm，一个电极盘的直径约60μm。

绿色激发光聚焦到PCB电路板标尺的显微像；

绿色激发光聚焦到EMMC_BGA169封装的电极点阵的显微照片

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] 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.

[4] 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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