低波数拉曼光谱测试系统及其测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种低波数拉曼光谱测试系统及其测量方法。本发明专利技术采用小孔光阑和长波通滤光片，能够实现10波数以下的低波数拉曼光谱信号测试；通过小孔光阑AP的限束作用结合长波通滤光片LPF等配置，低波数拉曼光谱系统的光路调节简便，解决了的低波数拉曼光谱系统的信号难于捕捉及优化的问题，使低波数拉曼光谱系统的调节难度降低同时信号的信噪比提高；本发明专利技术能够集成变温拉曼光谱、扫描成像系统、电学参数和热学参数测试系统等模块；本发明专利技术能够同时测试光致发光光谱，并且兼容高波数拉曼光谱测试。测试。测试。

【技术实现步骤摘要】
低波数拉曼光谱测试系统及其测量方法


[0001]本专利技术涉及拉曼光谱领域，具体涉及一种低波数拉曼光谱测试系统及其测量方法。

技术介绍

[0002]拉曼光谱是利用拉曼散射效应的一种光谱表征手段，拉曼光谱中包含了被测物质分子振动、转动或晶格结构振动等特征信息，广泛应用于材料鉴定、生物医疗、刑事侦查、污染物检测等领域。拉曼光谱系统通常由一束激光激发，配置显微共焦成像系统，采用商用光谱仪和探测器，并通过电脑软件进行信号数据采集。拉曼光谱的研究对象主要包括低维纳米材料、半导体材料、化学物质等。
[0003]近些年，石墨烯等新型二维材料的研究兴起，为拉曼光谱的研究提供了全新的素材。相关研究表明，多原子层的二维材料通常存在层间的剪切模和呼吸模，表现出低波数(10
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50波数)拉曼信号，而且其对材料的层数非常敏感，已发展成一种实用的二维材料质量和层数的鉴定方法。低波数拉曼光谱包含斯托克斯线和反斯托克斯线，通过二者强度比值及能量差还可以原位获取样品温度信息。同时，原子级超薄材料在空气中，其表面吸附的杂质往往对材料的物理、化学性质产生较本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低波数拉曼光谱测试系统，其特征在于，所述低波数拉曼光谱测试系统包括：激光源、二分之一波片、第一线偏振器、布拉格带通滤光片、二维角度调整架、第一至第三布拉格陷波滤光片、第一角度调节架、复合调整架、共焦显微物镜、小孔光阑、二维平移调整架、长波通滤光片、一维平移台、第二线偏振器、会聚透镜、三维平移调整架和光谱采集系统；其中，布拉格带通滤光片放置在二维角度调整架上，二维角度调整架能够调节布拉格带通滤光片在空间两个维度上的角度；第一布拉格陷波滤光片放置在第一角度调节架，第二和第三布拉格陷波滤光片放置在复合调整架上，第一角度调节架能够调节第一布拉格陷波滤光片在空间两个维度上的角度，复合调整架能够调节第二和第三布拉格陷波滤光片各自在空间两个维度上的角度以及带动第二和第三布拉格陷波滤光片在垂直于光轴的方向上做一维平移；小孔光阑放置在二维平移调整架上，二维平移调整架能够带动小孔光阑在垂直于光轴的二维平面内移动；长波通滤光片放置在一维平移台上，一维平移台能够带动长波通滤光片在垂直于光路的方向上做一维平移；会聚透镜放置在三维平移调整架上，三维平移调整架能够带动会聚透镜在三个维度平移；激光源采用连续输出工作模式，或者脉冲输出工作模式；布拉格带通滤光片与激光源的工作波长相匹配；第一至第三布拉格陷波滤光片与激光源的工作波长相匹配，与激光源的工作波长一致的激光的透射率不高于10
‑3；长波通滤光片与激光源的工作波长相匹配；小孔光阑位于长波通滤光片或第二和第三布拉格陷波滤光片之前，或者小孔光阑位于长波通滤光片或第二和第三布拉格陷波滤光片之后；第二线偏振器的双面平行度要求不高于1arcmin；在光路准备阶段，通过一维平移台将长波通滤光片推入至光路中，并且通过复合调整架将第二和第三布拉格陷波滤光片推出光路；激光源发出形状为高斯光束的激光，经二分之一波片调整激光的线偏振方向，再经第一线偏振器进一步提高激光的偏振度，入射到布拉格带通滤光片；经布拉格带通滤光片衍射后，提高激光的单色性和平行度，衍射激光入射到第一布拉格陷波滤光片，与激光源的工作波长一致的激光经第一布拉格陷波滤光片反射，经共焦显微物镜会聚入射到被测样品的表面，激光与被测样品相互作用发射出拉曼信号；拉曼信号依次通过共焦显微物镜和第一布拉格陷波滤光片，第一布拉格陷波滤光片将与激光源的工作波长一致的信号衰减并将其他波长的信号透过至小孔光阑；通过小孔光阑入射到长波通滤光片，比激光源的工作波长更长的信号透过长波通滤光片至第二线偏振器且等于或低于工作波长的信号不能通过，从而增强拉曼信号中对应的斯托克斯线，通过会聚透镜聚焦至光谱采集系统；光谱采集系统的光谱仪狭缝宽度置于10～20微米；通过三维平移调整架调节会聚透镜的位置，通过光谱采集系统采集到的拉曼信号的强度反馈，使得会聚透镜的焦点位于光谱采集系统的光谱仪狭缝上；将小孔光阑的孔径缩小至0.5～1.0毫米，然后通过二维平移调整架调整小孔光阑沿垂直于光轴平面的位置，通过光谱采集系统采集到的拉曼信号的强度反馈，使得小孔光阑的中心位于光轴上，光路准备阶段结束；在光谱测试阶段，通过一维平移台将长波通滤光片推出光路，并且通过复合调整架将第二和第三布拉格陷波滤光片推入至光路中；激光源发出激光，经二分之一波片再经第一线偏振器，入射到布拉格带通滤光片；经布拉格带通滤光片衍射，及第一布拉格陷波滤光片反射，经共焦显微物镜会聚入射到被测样品的表面，激光与被测样品相互作用发射出拉曼
信号；拉曼信号依次通过共焦显微物镜、第一布拉格陷波滤光片和小孔光阑入射到第二和第三布拉格陷波滤光片，透过至第二线偏振器，通过会聚透镜聚焦至光谱采集系统；小孔光阑的小孔直径置于0.2～0.5毫米；通过复合调整架分别调节第二和第三布拉格陷波滤光片的角度，通过小孔光阑的限束作用，抑制立体角多峰现象，使得第二和第三布拉格陷波滤光片易于调节至唯一立体角单峰，通过光谱采集系统采集到的拉曼信号反馈，直至零波数拉曼信号最弱，此时第二和第三布拉格陷波滤光片满足布拉格衍射角度；通过第一至第三布拉格陷波滤光片使零波数拉曼信号强度衰减到阈值强度以下，进一步提高低波数拉曼信号的信噪比；通过光谱采集系统观测低波数拉曼光谱，调节第二线偏振器至一系列角度，获取被测样品的拉曼峰偏振特性。2.如权利要求1所述的低波数拉曼光谱测试系统，其特征在于，所述被测样品采用室温测试模块、变温测试模块、电学参数测试模块或热学参数测试模块。3.如权利要求1所述的低波数拉曼光谱测试系统，其特征在于，所述复合调整架包括一维平移台和两个独立的第二和第三角度调节架，两个独立的第二和第三角度调节架放置在一维平移台上，第二和第三布拉格陷波滤光片分别设置在第二和第三角度调节架上，第一至第三角度调节架分别能够...

【专利技术属性】
技术研发人员：荣新，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：