一种冷冻低波数拉曼光谱测试系统及其测试方法技术方案

本发明专利技术提供了一种冷冻低波数拉曼光谱测试系统及其测试方法，所述系统包括样品腔、激光光源、光谱检测器、恒温器、抑制放大自发辐射滤光片、分光片、低波数陷波滤光片组和聚焦透镜，其中所述恒温器与样品腔相连，所述样品腔中内置显微物镜，显微物镜聚焦来自激光光源的激光于样品腔内的样品上激发拉曼光谱信号，并将拉曼光谱信号收集后送至光谱检测器；所述显微物镜和光谱检测器之间的光路上，由显微物镜向光谱检测器一侧依次设置分光片、低波数陷波滤光片组和聚焦透镜，在激光光源至分光片的光路上设置抑制放大自发辐射滤光片。本发明专利技术可以实现在冷冻环境(≥5K)下测量低波数下限到10cm

【技术实现步骤摘要】
一种冷冻低波数拉曼光谱测试系统及其测试方法
本专利技术属于拉曼光谱测试
，具体涉及一种冷冻低波数拉曼光谱测试系统及其测试方法，可用于超低温、超低频率的拉曼光谱学领域。
技术介绍
振动光谱能直接给出化学键以及化学键所处的化学环境的信息，为界面弱相互作用的分析提供了可能，但同时也存在巨大挑战：(1)界面处材料与分子相互作用一般较弱，远弱于常规共价键，与其直接相关的拉曼散射在低波数区域(10cm-1～200cm-1)，而常规拉曼光谱仪只能测量大于100cm-1的拉曼峰；(2)在常温下，受热运动影响，分子构型不断变化，导致弱相互作用相关的分子间弱键振动、分子摆动与转动的拉曼峰相互重叠和展宽。在拉曼光谱测量中，很多时候人们希望获得非常靠近激发光的低波数拉曼信号，但传统的配备陷波滤光片和边带滤光片的单光栅拉曼光谱仪一般仅能测到高于50波数的拉曼信号。而低于50波数的拉曼光谱信号通常需要三光栅拉曼光谱仪来测量。这时，由于光栅和反射镜等效率的原因，三光栅拉曼光谱仪的光谱信号透过率通常只有单光栅拉曼光谱仪的1/10，甚至更低。由于很多低波数拉曼信号的强度都非常弱，这就为广泛地研究各种测量的低波数拉曼信号带来很大的困难。CN102374901A公开了一种用于测量低波数拉曼信号的单光栅拉曼光谱测试系统，以利用单个光栅测量低到5波数的低波数拉曼信号，并同时测量位于激发光两侧的斯托克斯和反斯托克斯拉曼信号。但所述测试系统，仍未克服在常温下由于热运动影响，分子构型不断变化，导致的弱相互作用相关的分子间弱键振动、分子摆动与转动的拉曼峰相互重叠和展宽的问题。而冷冻拉曼光谱测量预期能解决上述难题。目前，低温光谱测试系统都是利用长焦物镜或者光纤将光引入到低温腔体中，其存在很多局限，那么如何在低温实现常温微区低波数光谱的高空间分辨、高灵敏度多参量的光学信号是亟需解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术中低温光谱测试系统无法在低温条件下实现低波数拉曼信号的问题，本专利技术提供了一种冷冻低波数拉曼光谱测试系统及其测试方法。本专利技术通过组合抑制放大自发辐射滤光片、分光片、低波数陷波滤光片组和聚焦透镜，可以实现在冷冻环境(≥5K)下测量低波数下限到10cm-1的拉曼信号。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种冷冻低波数拉曼光谱测试系统，所述系统包括样品腔、激光光源、光谱检测器、恒温器、抑制放大自发辐射滤光片、分光片、低波数陷波滤光片组和聚焦透镜，其中所述恒温器与样品腔相连，所述样品腔中内置显微物镜，显微物镜聚焦来自激光光源的激光于样品腔内的样品上激发拉曼光谱信号，并将拉曼光谱信号收集后送至光谱检测器；所述显微物镜和光谱检测器之间的光路上，由显微物镜向光谱检测器一侧依次设置分光片、低波数陷波滤光片组和聚焦透镜，在激光光源至分光片的光路上设置抑制放大自发辐射滤光片。本专利技术中，所述样品腔为低温样品腔，恒温器为低温恒温器，显微物镜为低温显微物镜，其所述低温均是指温度5K～350K；所述低波数陷波滤光片为超窄带低波数陷波滤光片。本专利技术中，所述恒温器用于为样品腔中的样品提供低温环境并维持温度稳定；所述显微物镜，位于样品腔内，用于将激光聚焦到样品腔中的样品上来激发拉曼光谱信号；所述抑制放大自发辐射滤光片用于有效减少宽带谱放大自发辐射背景到70dB以下，同时将激发光源发出的激光反射到分光片上；所述分光片用于将经抑制放大自发辐射滤光片纯化后的激光反射到显微物镜；所述聚焦透镜用于将拉曼信号汇聚入光栅分光系统；所述光谱检测器用于收集拉曼信号。本专利技术所述冷冻低波数拉曼光谱测试系统能够实现在闭循环冷冻(≥5K)环境下测量低波数下限到10cm-1的拉曼信号。本专利技术中，所述抑制放大自发辐射滤光片(ASE)和低波数陷波滤光片(BNF)均为本领域常规部件，属于清楚表述。以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。作为本专利技术优选的技术方案，所述冷冻的温度≥5K，例如5K、10K、15K、20K、30K、50K、70K、100K、130K、150K、170K、200K、230K、250K或273.15K等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。本专利技术所述系统可在冷冻条件下测试低波数拉曼光谱，但并不仅限于冷冻条件，在其他温度如273.15K～350K条件下也同样可以进行测试。优选地，所述低波数为波数≥10cm-1，例如10cm-1、15cm-1、20cm-1、30cm-1、40cm-1、60cm-1、80cm-1、100cm-1、120cm-1或140cm-1等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为10cm-1～100cm-1。作为本专利技术优选的技术方案，所述样品腔为低温样品腔，其温度5K～350K，例如5K、10K、15K、20K、30K、50K、70K、100K、130K、150K、170K、200K、230K、250K、270K、300K、330K或350K等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。作为本专利技术优选的技术方案，所述系统包括与恒温器连接的温度控制装置。本专利技术中，所述温度控制装置用于控制恒温器的温度变化，其可为液氮压缩机等，当并不仅限于液氮压缩机，其他只要可以达到控制温度在冷冻条件下的温度控制装置均可行。作为本专利技术优选的技术方案，所述抑制放大自发辐射滤光片的个数≥1个，例如1个、2个、3个、4个、5个、6个或7个等以及更多，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为1个～2个。所述抑制放大自发辐射滤光片的设置方式只要可以将激发光源发出的激光反射到分光片上即可。优选地，所述抑制放大自发辐射滤光片的带宽＜10cm-1，例如9cm-1、8cm-1、7cm-1、6cm-1、5cm-1、4cm-1、3cm-1、2cm-1或1cm-1等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；衍射效率＞90％，例如91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，所述抑制放大自发辐射滤光片的工作波长与激光光源的激光波长匹配。作为本专利技术优选的技术方案，所述低波数陷波滤光片组中包括至少2个低波数陷波滤光片，例如2个、3个、4个、5个、6个或7个等以及更多，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为1个～2个。优选地，所述低波数陷波滤光片的带宽＜10cm-1，例如9cm-1、8cm-1、7cm-1、6cm-1、5cm-1、4cm-1、3cm-1、2cm-1或1cm-1等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，所述低波数陷波滤光片的衰减＞99.99％，光学密度为OD＞2，例如2、3、4、5或6等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用优选为OD＝4。优选地，所述低波数陷波滤光片的工作波长与激光光源的激光波长匹配。作为本专利技术优选的技术方案，所述样品腔内设置样品位移台，所述样品位移本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冷冻低波数拉曼光谱测试系统，其特征在于，所述系统包括样品腔(1)、激光光源(2)、光谱检测器(3)、恒温器(4)、抑制放大自发辐射滤光片(5)、分光片(6)、低波数陷波滤光片组(7)和聚焦透镜(8)，其中所述恒温器(4)与样品腔(1)相连，所述样品腔(1)中内置显微物镜(9)，显微物镜(9)聚焦来自激光光源(2)的激光于样品腔(1)内的样品上激发拉曼光谱信号，并将拉曼光谱信号收集后送至光谱检测器(3)；所述显微物镜(9)和光谱检测器(3)之间的光路上，由显微物镜(9)向光谱检测器(3)一侧依次设置分光片(6)、低波数陷波滤光片组(7)和聚焦透镜(8)，在激光光源(2)至分光片(6)的光路上设置抑制放大自发辐射滤光片(5)。

【技术特征摘要】
1.一种冷冻低波数拉曼光谱测试系统，其特征在于，所述系统包括样品腔(1)、激光光源(2)、光谱检测器(3)、恒温器(4)、抑制放大自发辐射滤光片(5)、分光片(6)、低波数陷波滤光片组(7)和聚焦透镜(8)，其中所述恒温器(4)与样品腔(1)相连，所述样品腔(1)中内置显微物镜(9)，显微物镜(9)聚焦来自激光光源(2)的激光于样品腔(1)内的样品上激发拉曼光谱信号，并将拉曼光谱信号收集后送至光谱检测器(3)；所述显微物镜(9)和光谱检测器(3)之间的光路上，由显微物镜(9)向光谱检测器(3)一侧依次设置分光片(6)、低波数陷波滤光片组(7)和聚焦透镜(8)，在激光光源(2)至分光片(6)的光路上设置抑制放大自发辐射滤光片(5)。2.根据权利要求1所述的冷冻低波数拉曼光谱测试系统，其特征在于，所述冷冻的温度≥5K；优选地，所述低波数为波数≥10cm-1，优选为10cm-1～100cm-1。3.根据权利要求1或2所述的冷冻低波数拉曼光谱测试系统，其特征在于，所述样品腔为低温样品腔，其温度5K～350K。4.根据权利要求1-3任一项所述的冷冻低波数拉曼光谱测试系统，其特征在于，所述系统包括与恒温器(4)连接的温度控制装置(10)。5.根据权利要求1-4任一项所述的冷冻低波数拉曼光谱测试系统，其特征在于，所述抑制放大自发辐射滤光片(5)的个数≥1个，优选为1个～2个；优选地，所述抑制放大自发辐射滤光片(5)的带宽＜10cm-1，衍射效率＞90％；优选地，...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢黎明，刘海宁，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京,11