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。
拉曼光谱分析方法
拉曼光谱的强度、频移、线宽、特征峰数目以及退偏度与分子的振动能态、转动能态、对称性等紧密相关。
拉曼光谱的优势
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。
远程拉曼测试系统
方案配置与选型
根据不同的客户需求，卓立汉光可以提供不同距离拉曼测试系统
① 多种收集器可选，适应0mm-1000mm 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
主要参数一览表：
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 |
望远镜
激发波长 | 532nm,785nm，其他可定制 |
光谱范围 | 200-4000 cm-1 ( 不同激光器范围不同 ) |
焦距 | 1000mm 标配，其他可选 |
样品端光斑大小 | ~100 um @ 100 um 芯径激发光纤 |
激光器接口 | FC/APC |
光谱仪接口 | SMA |
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 焦距 |
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。
放射性核污染物检测
矿物勘探
远程拉曼光谱探测技术在矿物与有机质分析方面的独特能力，使得这一技术非常适用于行星表面探测等任务中。
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
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.
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