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光纤耦合拉曼光谱仪光路结构与检测原理解析

时间:2026-05-19      阅读:134

  光纤耦合拉曼光谱仪将激发光与散射光均通过光纤传输,实现了光源、样品与光谱仪的空间分离,特别适合在线检测与原位分析。其核心在于"光纤传光+共聚焦收光+光栅分光"三段式光路架构。
  光路结构:三段式传输
  第一段:激发光路。激光器(常用785nm或532nm)输出的单色光经耦合透镜注入激发光纤,通过光纤传输至拉曼探头。探头内透镜将光束聚焦至样品表面,形成1~2μm级光斑,功率密度可达kW/cm²量级,确保足够的拉曼激发效率。
  第二段:散射光收集。探头采用与激发光纤同轴或旁轴排列的收集光纤,以90°或180°背散射几何收集拉曼信号。共聚焦针孔置于收集光路焦点处,仅允许样品微区的散射光通过,有效排除离焦背景,空间分辨率达1μm级。
  第三段:分光与探测。收集光纤将拉曼信号导入光谱仪,首先经陷波滤波器(NotchFilter)滤除强度高出拉曼信号10⁶~10¹⁰倍的瑞利散射光,再由全息光栅色散分光,最终由深制冷CCD探测器将光信号转为电信号,完成光谱采集。
  检测原理:拉曼位移即指纹
  激光照射样品后,约千万分之一的光子发生非弹性散射——拉曼散射。散射光频率相对于入射光产生偏移(拉曼位移,单位cm⁻¹),该偏移量等于分子振动/转动能级差,与入射光波长无关,仅取决于分子结构。斯托克斯线(频率降低)为主要检测对象,其频率偏移量构成物质的"光谱指纹",结合数据库比对即可实现定性定量分析。
  一句话:光纤传光实现远程灵活检测,陷波滤波剔除瑞利干扰,光栅分光提取拉曼位移——三者协同,让"分子指纹"精准可读。
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