1 拉曼光譜測(cè)試如何選擇激光器？

在拉曼光譜測(cè)試中，激光激發(fā)的選擇是最重要的考慮因素之一。激光器波長(zhǎng)的選擇需要考慮拉曼散射強(qiáng)度、空間分辨率、背景熒光、采集時(shí)間和拉曼系統(tǒng)的潛在成本等因素的影響。在拉曼光譜中，激光器波長(zhǎng)范圍的選擇可從紫外區(qū)到近紅外區(qū)，甚至更遠(yuǎn)的區(qū)域。激光器不同的波長(zhǎng)范圍各具優(yōu)缺點(diǎn)，而激光波長(zhǎng)的選擇很大程度上取決于所研究的樣品。一些樣品可在任意激光波長(zhǎng)下進(jìn)行分析，例如甲苯；但是對(duì)于大部分樣品而言，如具有高熒光背景的聚合物，激光器波長(zhǎng)的選擇對(duì)于獲得高質(zhì)量的拉曼光譜至關(guān)重要。

2 激發(fā)波長(zhǎng)對(duì)拉曼強(qiáng)度的影響

拉曼散射是一種固有的弱現(xiàn)象，它依賴于樣品中光子-聲子相互作用。拉曼散射強(qiáng)度與λ-4成正比，其中λ表示激光波長(zhǎng)。因此，隨著激光波長(zhǎng)的增加，拉曼散射強(qiáng)度反之逐漸降低。當(dāng)分別采用紫外激光器和近紅外激光器進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)由近紅外激光器獲得的光譜強(qiáng)度降低了約15倍。因此，與近紅外激光器相比，采用紫外波段的激光器和可見(jiàn)波段的激光器采集光譜所累積的時(shí)間更短，并可在較低的激光功率下使用。

3 激發(fā)波長(zhǎng)對(duì)熒光背景的YZ

通常，所獲得的拉曼光譜信息會(huì)被高背景熒光所掩蓋。這是由于在測(cè)試樣品時(shí)，熒光信號(hào)比拉曼散射信號(hào)更容易產(chǎn)生且信號(hào)更強(qiáng)，從而在一定程度上掩蓋了拉曼信號(hào)。熒光可能來(lái)自于樣品，基材或光學(xué)元件（例如物鏡）。為了避免熒光，可以選擇不同波長(zhǎng)的激光器激發(fā)。熒光是一種吸收過(guò)程，一般在近紅外區(qū)產(chǎn)生吸收的分子較少。此外，與可見(jiàn)光區(qū)域相比，近紅外區(qū)域產(chǎn)生吸收的分子更少。因此，在拉曼光譜測(cè)試中選擇近紅外激光激發(fā)。拉曼光譜儀中常用785nm的激光器，可提供低背景的熒光信號(hào)，保持相對(duì)較高的拉曼強(qiáng)度。

然而，對(duì)于熒光背景較高的樣品（如染料，色素和食用油），采用能量較高的激光器會(huì)有打壞樣品的風(fēng)險(xiǎn)，可能需要1064nm的激光器進(jìn)行測(cè)試。

300nm以下的深紫外激光同樣能夠YZ熒光背景信號(hào)。這是因?yàn)槔庾V位于更靠近激光瑞利散射線的位置。根據(jù)卡莎規(guī)則可知，熒光傾向出現(xiàn)在比激發(fā)光波長(zhǎng)更大的位置上，從而有效地避免了拉曼信號(hào)與熒光背景的重疊。但是，與標(biāo)準(zhǔn)的可見(jiàn)光范圍的激光器和近紅外激光器相比，它會(huì)增加樣品灼燒和降解的風(fēng)險(xiǎn)，并且價(jià)格更加昂貴。通常，紫外激光器可用于觀察硅的薄表面層以及生物樣品中的共振拉曼。

4 激光器選擇對(duì)樣品的影響

當(dāng)選擇延長(zhǎng)曝光時(shí)間或使用更高能量的激光器進(jìn)行測(cè)試時(shí)，會(huì)增加樣品損壞的風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)樽贤饧す馄鞅瓤梢?jiàn)光激光器的能量高，使得每個(gè)光子的輸出能量更強(qiáng)，從而會(huì)增加樣品損壞的幾率。這種損壞可視為樣品的灼燒，它會(huì)改變樣品之間的相互作用，進(jìn)而改變拉曼光譜。

近紅外激光器（如1064nm激光器）與可見(jiàn)光激光器相比，同樣會(huì)增加樣品被打壞的風(fēng)險(xiǎn)。這是因?yàn)檫@些激光器具有較高的功率，并且由于在較高波長(zhǎng)下的拉曼散射信號(hào)較弱，因此測(cè)試時(shí)通常需要延長(zhǎng)曝光時(shí)間，但這也同時(shí)增加了激光打壞樣品的幾率。在這種情形下，雖然可以選擇降低激光功率，但會(huì)使得信噪比降低。

因此，保護(hù)樣品不被激光器打壞的安全激發(fā)區(qū)域?yàn)榭梢?jiàn)區(qū)。為了避免樣品在測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)損傷，可以優(yōu)先選擇可見(jiàn)區(qū)的激光器激發(fā)或減少曝光時(shí)間。

5 激光器的選擇對(duì)拉曼系統(tǒng)的影響

拉曼系統(tǒng)測(cè)試中常用的是785nm激光器。這主要是綜合考慮拉曼散射強(qiáng)度和熒光YZ之間的影響。此外，拉曼系統(tǒng)通常還可配置激發(fā)波長(zhǎng)為可見(jiàn)光范圍的激光器，通常是532nm激光器。當(dāng)使用紫外區(qū)和近紅外區(qū)的激光器時(shí)，需要考慮系統(tǒng)的配置問(wèn)題。這些配置的調(diào)整可能會(huì)增加拉曼系統(tǒng)的成本，并會(huì)影響光譜的質(zhì)量。

典型的拉曼系統(tǒng)使用硅基CCD探測(cè)器，量子效率從800nm開(kāi)始迅速下降，并在1000nm以上時(shí)失效。因此，當(dāng)使用1064nm激光器時(shí)，需要配置InGaAs探測(cè)器完成測(cè)試。拉曼系統(tǒng)拓展光譜測(cè)試范圍至紫外區(qū)會(huì)增加其成本。紫外激光器的價(jià)格比可見(jiàn)光激光器和近紅外激光器更加昂貴，并且尺寸更大，在拉曼系統(tǒng)安裝時(shí)需要考慮這一重要因素。