[發明專利]一種深紫外激光拉曼光譜儀

在審

• 申請號: 201310691001.0
• 申請日: 2013-12-13
• 公開（公告）號: CN104713865A
• 公開（公告）日: 2015-06-17
• 發明（設計）人: 李燦;馮兆池;金少青;范峰滔;張瑩;董延寶
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 劉陽

技術領域

本發明涉及一種深紫外激光拉曼光譜儀，由于激發光源的可選擇性，可用于氣體、液體和固體樣品的深紫外共振拉曼光譜研究，獲得它們的振動態、電子態以及電子振動耦合方面的信息。

背景技術

由于沒有熒光干擾和高靈敏度的特點，自上世紀80年代起，紫外共振拉曼光譜便被廣泛應用于催化劑和生物大分子的結構表征。但這些工作用的光源大多為200nm以上的激光。通過和頻技術和受激拉曼散射技術，人們獲取了諸如197nm、184nm、141nm的光源，并對一些小分子開展了深紫外共振拉曼光譜的研究，展現出深紫外共振拉曼光譜技術特有的優勢。但由于深紫外激光選擇范圍不大和深紫外拉曼光譜儀靈敏度較低的緣故，深紫外共振拉曼光譜研究的開展和推進已經受到較大的影響。

發明內容

為了克服以上的不足，本發明提供一種深紫外激光拉曼光譜儀，主要由深紫外激光激發光源、深紫外真空光路系統、深紫外真空分光系統和深紫外區信號采集/數據處理系統四部分構成。采用波長在177.3nm、193-210nm連續可調的深紫外激光作為激發光源，獲取氣體、液體和固體樣品的深紫外共振拉曼譜圖；深紫外真空光路系統的散射光收集部分采用真空腔內的深紫外區橢圓球面鏡設計，樣品的散射信號源和分光系統的入射狹縫分別位于深紫外區橢圓球面鏡的兩個焦點F₁和F₂上，利用橢圓球面鏡內反射原理，將深紫外光散射信號收集到分光系統中，深紫外區橢圓球面鏡代替石英透鏡進行散射光的收集，解決了石英透鏡深紫外區透過率低和像差嚴重的問題，提高了儀器的靈敏度和分辨率；深紫外真空分光系統采用品字形排布的真空三聯光柵深紫外光譜儀，減少了反射鏡的使用數目，提高了儀器的光通量和靈敏度，其中前兩聯光譜儀為色散相減結構，用于消除深紫外瑞利散射和雜散光，第三聯光譜儀實現深紫外拉曼信號的分光，可以得到截止波數低至200cm^-1的深紫外拉曼譜圖；拉曼光譜由具有深紫外區響應的光電耦合器件檢測，并通過計算機完成數據采集和處理。

技術方案

光學元件經過特殊的鍍膜與加工，在200nm以下的深紫外區有很好的光譜響應；真空三聯光柵深紫外光譜儀采用品字形排布方案，減少了反射鏡的使用數目；由于氧氣和水汽對177.3nm的深紫外激光以及相應拉曼信號的強烈吸收，深紫外激光激發光源、深紫外真空光路系統和深紫外真空分光系統都是基于10^-2Pa以下真空進行的設計，并具備高純氮氣連續吹掃的功能；深紫外激光激發光源、深紫外真空光路系統、深紫外真空分光系統和深紫外區響應的光電耦合器件均采用可透深紫外光的真空光學元件進行真空隔離。深紫外激光拉曼光譜儀用于氣體、液體和固體樣品的深紫外拉曼光譜測試。

有益效果

本發明用于177.3nm、193-210nm區域的深紫外共振拉曼光譜研究，獲取物質振動態、電子態以及電子振動耦合方面的信息，在催化材料、光電材料以及生物科學領域將發揮重要的作用。

下面結合附圖通過實施例詳述本發明。

附圖1為深紫外激光拉曼光譜儀系統配置圖。

附圖2為深紫外真空光路系統示意圖。

附圖3為深紫外真空分光系統示意圖。

附圖4為深紫外區橢圓球面鏡示意圖。

附圖5為聚四氟乙烯的深紫外拉曼譜圖（177.3nm，10s）。

附圖6為硼酸的深紫外拉曼譜圖（177.3nm，100s）。

附圖7為APO-5分子篩的深紫外拉曼譜圖（177.3nm，500s）。

附圖8為聚四氟乙烯的深紫外拉曼譜圖（197nm，10s）。

附圖9為氮化鋁的深紫外拉曼譜圖（197nm，500s）。

附圖10為金剛烷的深紫外拉曼譜圖（210nm，10s）。

實施例

如附圖1所示，深紫外激光拉曼光譜儀由深紫外激光激發光源、深紫外真空光路系統、深紫外真空分光系統和深紫外區信號采集/數據處理系統四部分構成。

激發光源主要由六倍頻Nd:YVO₄激光得到的177.3nm和四倍頻Ti:Sapphire激光得到的193-210nm的深紫外激光構成。177.3nm和193-210nm深紫外激光的輸出功率分別為1mW和2mW，滿足深紫外拉曼光譜的需要，同時，深紫外激光的波長連續可調也為深紫外共振拉曼研究的開展提供了堅實的保障。