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什么是拉曼光谱仪？

拉曼光谱仪不仅需要将高强度激光传送到非常小的焦点，还需要灵敏地检测不到百万分之一的散射光子。 拉曼光谱仪如何将光传输到样品并从样品收集光，对收集的数据质量和整个系统的最终灵敏度有重大影响。

有多种类型的拉曼光谱仪可供选择，例如光纤耦合探头和光谱仪、带有定制光学器件的自由空间耦合光谱仪或带有集成激光器的光谱仪系统——用户将根据样品类型、环境和使用要求来选择拉曼光谱仪做出选择。 在本技术说明中，我们讨论了每种耦合方法的优缺点，并根据几个示例讨论了如何获得最佳结果。 无论您的使用需求如何，Wasatch Photonics 都能提供针对您的应用优化的样品耦合选项。

光纤耦合光谱仪和探头

激光通过光纤的快速耦合和准直大大简化了拉曼系统的安装。 拉曼探头通过SMA接口连接到光谱仪，激光器通过FC接口连接。 只需快速旋转几下即可完成拉曼光谱仪的安装并开始测量。 拉曼光谱仪这种简单的工作模式适合现场工作。 这是一种比较理想的方式，因此在教学实验中对拉曼光谱仪的开发非常有利。 日常测量样品时，无需微调，只需将样品对准光谱仪端口，探头输出的光束将直接到达样品，非常有利于测量不规则形状的固体样品和生物样品, 也可与比色皿或 SERS（表面增强拉曼光谱）基板一起使用。

与自由空间光学设计相比，光纤耦合的缺点是损耗更高。 在光纤耦合配置中，还必须滤除由激光引起的光纤中的自发荧光，否则会增加测量的背景噪声。 同时，如果在探头设计中处理不当，未完全过滤的激光也会造成同样的效果。

因此，提高测量信噪比的一种方法是选择高效光谱仪并使用数值孔径 (NA) 与光谱仪输入相匹配的拉曼探头。 Wasatch Photonics 的拉曼光谱仪使用 f/1.3 光学孔径，比典型的 f/3 至 f/4 二极管阵列光谱仪捕获更多光，并通过使用衍射极限、透射增强（增透膜）光学器件实现这一点高效光学设计可保留和检测更多光线。 此外，Wasatch Photonics 的拉曼光谱仪具有 0.36 NA 的输入，当与标准的 0.22 NA 多模光纤配合使用时，输入光不会完全充满通光孔径。 虽然在与 0.22 NA 探头一起使用时仍能提供良好的信噪比，但与 Wasatch Photonics 的 0.36 NA 拉曼探头一起使用时甚至更好。 Wasatch Photonics 拉曼探头还可以通过精细过滤实现最大的传输和耦合效率和最小的背景噪声，当与 Wasatch Photonics 光谱仪一起使用时，它们可以提供极高的信噪比，并且可以用于所有可用的场合激发波长。

★Wasatch Photonics 光纤耦合拉曼探头、光谱仪和激光器可从可见光到近红外光波段使用。

自由空间耦合光谱仪和定制光学器件

自由空间耦合光谱仪有一个圆柱形耦合端口，可提供 0.36 NA 视场（~42° 锥形），这需要用户将激光对样品进行所有准直光纤光谱仪使用方法，并将样品对光谱仪的输入端口进行准直，非常不适合在现场使用。

然而，这种配置最常被研究人员和 OEM 系统设计人员使用光纤光谱仪使用方法，他们希望完全自主控制采样光学器件的设计，从光斑尺寸到工作距离。 Wasatch Photonics 设计的低 f/# 光谱仪不仅为这些用户提供了高质量的信号，而且大大提高了光通量和灵敏度，因此这种自由空间耦合光谱仪在大规模生产线或扫描应用中非常有用。

★Wasatch Photonics所有拉曼光谱仪均可提供自由空间耦合输入版本。

具有自由空间耦合的集成系统

Wasatch Photonics 的集成拉曼系统允许用户在尽可能小的体积内获得最佳的信噪比和灵敏度，其波长覆盖范围从可见光到近红外可选。 一体化拉曼系统还简化了用户的操作，通过软件集成激光控制，确保使用安全和操作方便，最终实现自动或远程测量。 同时，集成拉曼系统的样品耦合光学器件经过优化，可在标准 50 mm 工作距离下提供 25 μm 的激光光斑。 启用拉曼信号采集利用光谱仪的完整 f/1.3 视野在最短采集时间内获得最大灵敏度。 OD 6 滤光片可防止不需要的散射光反射回系统，拉曼信号的跨度可达 ~200 cm-1（主要取决于激发波长）。

同时，Wasatch Photonics采用高效光学器件、精细滤波和内部杂散光管理，确保集成系统具有低背景光和低噪声，更能匹配NA探针/光谱仪系统设计。

如上图所示，在 830 nm 激光激发的环己烷研究中，集成系统在信号水平方面优于模块化光谱仪/探针系统。 从以下案例研究可以看出，集成拉曼系统在检测限方面具有明显的优势。

案例研究：模块化探头 VS 集成系统检测极限，激光 @1064 nm

为了比较基于探头的系统和集成系统在绝对灵敏度上的差异，这里使用具有快速安装比色皿支架的 WP 1064L 拉曼系统和配置有 1064 nm 激光和 RP 1064 拉曼探头的模块化 WP 1064 光谱仪来执行不同的测量在水里。 丙醇检测限 (LOD) 和定量限 (LOQ) 测试。

使用带快速安装的比色皿支架可充分利用光谱仪的整个 f/1.3 孔径并最大限度地减少光耦合损耗，从而产生比探头耦合配置更高的信号。 为了量化增强的灵敏度，此时测量在浓度为 0.1-100% 异丙醇的水中稀释的样品，并根据“Limit of of “技术说明”(LOQ) 中的“荧光检测”。 在本研究中，LOD 定义为信噪比 (SNR) = 3:1 时的浓度，LOQ 定义为 SNR = 10:1 时的浓度。

与基于探针的系统相比，集成拉曼系统的 LOD 提高了 2 倍，LOQ 也得到了部分提高。

可以看出，Wasatch Photonics 集成拉曼系统非常适合实验室使用和概念验证，然而，Wasatch Photonics 还为 OEM 集成提供更精简的定制光学设计和更小的系统尺寸。

★Wasatch Photonics将继续扩充集成拉曼系统的产品线，继续为您带来更多惊喜。

Wasatch Photonics 始终关注您希望在拉曼光谱系统设计中完全自主和最大灵活性的想法。 这就是 Wasatch Photonics 为范围、分辨率、检测器冷却和样品耦合提供如此多定制选项的原因——每个选项都以 Wasatch Photonics 的建议和经验以及指导您的系统设计的技术说明为后盾。 让 Wasatch Photonics 帮助您创建最适合您需求的系统。 有关产品的更多详细信息，请随时与我们联系！