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RTS2-L系列遠程拉曼測試系統

近年發展的遠程拉曼光譜探測技術，是根據拉曼散射效應遠距離探測物質的技術，通過技術的發展及應用的拓展，目前已在行星、礦物勘測、遠程爆炸物探測、化學物質泄漏和污染物測量等方面有很高的應用價值。國際目前常用的程拉曼探測系由以下部分組成：激發光源、光路收集模塊、分光模塊、探測模塊、數據采集與分析模塊。
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產品概述
遠程拉曼光譜技術
拉曼光譜技術是用于研究物質結構的分子光譜技術，通過散射光的頻移量來獲得分子振動、轉動情況，從而分析分子的結構、對稱性、電子環境和分子結合情況，是定量和定性分析物質結構的一種強有力的技術手段。
拉曼光譜分析方法
拉曼光譜的強度、頻移、線寬、特征峰數目以及退偏度與分子的振動能態、轉動能態、對稱性等緊密相關。
拉曼光譜的優勢
近年發展的遠程拉曼光譜探測技術，是根據拉曼散射效應遠距離探測物質的技術，通過技術的發展及應用的拓展，目前已在行星、礦物勘測、遠程爆炸物探測、化學物質泄漏和污染物測量等方面有很高的應用價值。國際目前常用的程拉曼探測系由以下部分組成：激發光源、光路收集模塊、分光模塊、探測模塊、數據采集與分析模塊。
在激光器的選擇上，高脈沖能量激光器是主流激光器，常見的是可見光波段的激光器， 也有少量研究者采用紅外波段和紫外波段。
目標樣品拉曼信號的收集是遠程拉曼光譜探測的關鍵技術環節，大口徑望遠鏡有助于接收較弱的遠程拉曼回波信號，戶外遠程探測時一般采用望遠系統收集信號。常見技術有卡塞格林望遠鏡和拉曼光纖探頭等。
在搭配探測器時，跟據激光器的選型可分為CCD 和帶有電子快門的ICCD，連續激光源搭配CCD 探測器能滿足較短距離探測需求。高脈沖能量激光器搭配ICCD 探測器，通過對門寬的設置可以較好地排除背景光和衰減時間長的熒光干擾，具有很高的應用前景。
遠程拉曼測試系統
方案配置與選型
根據不同的客戶需求，卓立漢光可以提供不同距離拉曼測試系統
① 多種收集器可選，適應0mm-1000mm 甚至更遠距離的探測
② 連續激光器/ 脈沖激光器可選
③ 多種分光光譜儀可選，光柵光譜儀可實現高分辨率，VPH 光譜儀實現高通光量
④ 多種探測器可選，背照式深耗盡型光譜CCD 相機和ICCD 可選
主要參數一覽表：
拉曼探頭

激發波長

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 芯徑激發光纖

工作距離

20 ~100 mm

數值孔徑

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

超硬氧化鋁或者 316 不銹鋼

探頭柄尺寸

1.125” 直徑 x 3.8” 長度

探頭柄材質

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 標準配置，其他可選

接口類型

FC 或者 SMA

其他

可定制

望遠鏡

激發波長

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 標配，其他可選

樣品端光斑大小

~100 um @ 100 um 芯徑激發光纖

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

激發波長

532nm

532nm

脈沖能量 / 功率

290mJ

100mW

重復頻率

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

優于 2cm-1

@1800 刻線光柵

5cm-1

@1800 刻線光柵

探測器

類型

ICCD

CCD

有效像素

1024*1024

2000 x 256

像元尺寸

13um*13um

15 x 15 µm

有效探測面尺寸

(18mm MCP）

13.3mm*13.3mm

 

最短光學門寬

＜ 2ns

無

讀出噪聲

5 e-

4.5 e-

門控

2ns

無

響應范圍

280 – 810nm

200-1100nm



典型應用

行星探測

中國科學院萬雄老師設計了一款激光誘導擊穿光譜LIBS+ 拉曼系統在火星模擬環境下礦物樣品的綜合檢測能力，采用卡塞格林望遠鏡結構，遠程脈沖拉曼光譜激發，成功檢測了8 種典型礦物質（孔雀石、藍銅礦、雄黃、文石、方解石、硬石膏和石膏等），實驗結果表明，該系統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

遠程拉曼探測模塊搭載在無人遙控車，搭配成空間外差拉曼光譜儀可以有效識別1m 處的放射性危險物品。



 

礦物勘探

遠程拉曼光譜探測技術在礦物與有機質分析方面的獨特能力，使得這一技術非常適用于行星表面探測等任務中。


材料生長原位監測

遠程拉曼光譜技術可實現原位監測材料生長過程，如成分含量、結晶度、缺陷量、薄膜生長速率等參數。M. Gnyba 等人設計遠程拉曼光譜技術用于原位監測CVD 制備金剛石膜生長過程，探測距離最高達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
遠程拉曼光譜可用于材料生長過程中層數、堆疊、缺陷密度和摻雜等參數。M. N. Groot 等人采用顯微遠程拉曼系統分析液態金屬催化CVD 制備大面積石墨烯材料的生長過程，實現了從連續多晶薄膜生長為毫米級無缺陷單晶。
圖 1370k 下405nm 激發的拉曼光譜圖

圖 冷卻至室溫后 514nm 激發下的拉曼光譜圖
 
引用文獻：
[1] 趙家煒, 馬建樂, 郝銳, 等. 遠程增強拉曼光譜技術及其應用[J]. 光散射學報, 2021.
[2] 袁汝俊, 萬雄, 王泓鵬. 基于遠程 LIBS-Raman 光譜的火星礦物成分分析方法研究[J]. 光譜學與光譜分析, 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. 用于遠程探測的空間外差拉曼光譜技術研究[J]. 光譜學與光譜分析, 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.