[發明專利]一種高壓常溫和低溫實驗的共聚焦拉曼系統及其測量方法

有效

• 申請號: 202011629386.4
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112834480B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 劉曉迪;徐海岸
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G01N21/01
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

本發明公開了一種高壓常溫和低溫實驗的共聚焦拉曼系統及其測量方法，該系統包括激發模塊、常溫成像模塊、低溫成像模塊、信號收集模塊；激發模塊主要包括拉曼激發光光源、窄帶濾光片，擴束透鏡組、平面反射鏡；常溫成像模塊主要包括常溫顯微成像CCD、常溫成像光源、半反半透鏡、常溫顯微鏡物鏡；低溫成像模塊主要包括低溫成像光源、低溫成像CCD、低溫顯微鏡物鏡、半反半透鏡；信號收集模塊主要包括布拉格衍射光柵、平凸透鏡、pinhole擋板、拉曼光譜儀。本發明將低溫拉曼測量系統和常溫拉曼系統集合在一起，實現大部分光路共用，從而極大的簡化系統的復雜度，縮減成本，提升系統的穩定性和可靠性。

技術領域

本發明屬于光學儀器領域，特別涉及到一種高壓常溫和低溫實驗的共聚焦拉曼系統及其測量方法。

背景技術

拉曼光譜(Raman spectra)是一種散射光譜，最開始由印度科學家C.V.拉曼(Raman)發現拉曼效應，并因此獲得1930年諾貝爾物理學獎。基于拉曼光譜可以得到分子振動、轉動方面的信息，是分子結構研究領域方便高效的技術手段。各種相關硬件軟件的發展，尤其是具備優質高強單色光的激光器的問世極大促進了拉曼光譜的研究和應用，隨后拉曼光譜廣泛應用于化學、生物學、物理學和醫學等多個領域，對于定性檢測、半定量分析和分子結構信息研究都有很大的價值。

拉曼光譜的基本原理如下：穩定入射的激光頻率為ν₀，樣品中的分子與激光相互作用，在光電場E中，分子產生誘導偶極矩ρ＝αE，分子吸收頻率為ν₀的光子，處于E₀基態的分子先躍遷到虛能級，隨后又回到E₀基態，釋放頻率為ν₀的光子，這個過程只改變光子方向不改變頻率，稱為瑞利散射；由E₀基態激發到虛能級后回到E₁振動激發態，釋放頻率為ν₀-Δν的光子，對應在拉曼光譜中稱為斯托克斯線；由E₁振動激發態吸收頻率為ν₀的光子，分子能級躍遷到虛能級，隨后回到E₀基態，釋放頻率為ν₀+Δν的光子，對應在拉曼光譜中稱為反斯托克斯線。鑒于處于E₀基態的分子比處于E₁振動激發態的多，因此斯托克斯線的強度會比反斯托克斯線強，他們可以統稱為拉曼散射。瑞利散射強度只有激發激光強度的10^-4—10^-3量級，而拉曼散射只有瑞利散射的10^-4—10^-3量級。不同分子結構的斯托克斯和反斯托克斯線如同物質的指紋一樣，可以用于研究分子振動、分子轉動等內部信息。

目前通用的拉曼系統主要包括激光器、擴束鏡、濾光片、顯微鏡、單色儀等組件，能實現基于拉曼效應的許多功能。但高壓物理實驗對樣品的裝載要求高，樣品需要裝載在金剛石對頂砧(DAC)中，普通的拉曼系統由于物鏡焦距短、信號質量差等原因，不滿足于高壓物理實驗拉曼測量，更不方便對金剛石對頂砧(DAC)加壓過程中的拉曼測量。常溫拉曼測量系統只能測量室溫條件下的拉曼，可測量溫度范圍窄；或者將常溫和低溫拉曼系統分開設計，占用空間，成本高，復雜的光路也導致了穩定性差等問題。

發明內容

本發明是為了解決上述現有技術存在的不足之處，提出一種高壓常溫和低溫實驗的共聚焦拉曼系統及其測量方法，以期能將低溫拉曼測量系統和常溫拉曼系統集合在一起，實現大部分光路共用，從而極大的簡化系統的復雜度，縮減成本，提升系統的穩定性和可靠性。

本發明為達到上述發明目的，采用如下技術方案：

本發明一種高壓常溫和低溫實驗的共聚焦拉曼系統的特點包括：激發模塊、常溫成像模塊、低溫成像模塊、信號收集模塊；