為了使皮秒激光脈沖激發(fā)拉曼信號在光譜上分散吮螺，光被引導(dǎo)到足夠長單模光纖中。光纖的輸出端耦合到時間門控光子倍增管(PMT)。由于光纖芯提供了頻率-時間轉(zhuǎn)換鸠补，不同頻率光子經(jīng)歷不同的瞬態(tài)時間萝风。通過測量光子到達(dá)的時間，拉曼峰就可以被記錄和分離紫岩。在某些情況下熒光背景可以從拉曼信號中消除闹丐，因?yàn)樗膲勖L。因此利用時間相關(guān)光子計數(shù)拉曼光譜可以獲得無熒光背景自由拉曼光譜被因。
利用時間相關(guān)光子計數(shù)檢測法的拉曼光譜系統(tǒng)
在典型的拉曼散射中，一束光被聚焦到樣品中衫仑。散射信號隨后由聚光鏡收集入分光儀梨与，不同波長的拉曼峰被分光儀內(nèi)的光柵在空間上分隔開。在時域中這些峰通常被認(rèn)為是同時到達(dá)光譜儀文狱。這種方法中拉曼信號通常被熒光輻射污染粥鞋。通過對發(fā)射信號進(jìn)行時間門控，可以將拉曼信號從熒光背景中分離出來:如果短脈沖光激發(fā)分子瞄崇，拉曼信號在脈沖的脈寬范圍內(nèi)發(fā)射呻粹，而熒光的壽命更長。根據(jù)這個想法可得到無熒光的拉曼光譜苏研。但是儀器變得更復(fù)雜等浊，且由于通過門控系統(tǒng)和光譜儀不可避免的損耗，信號的幅值顯著降低摹蘑。此外通過光學(xué)元件筹燕，特別是光譜儀光柵的傳輸通常是偏振相關(guān)的。
新的拉曼信號的采集和分析方法解決了這兩個障礙:相對較弱的信號水平和不消失的熒光背景衅鹿。通過將采集到的拉曼信號送入足夠長的光纖中撒踪，拉曼峰可以被時間分離。通過將時間門控光電倍增管(PMT)與時間相關(guān)檢測相結(jié)合大渤，能夠在時域內(nèi)實(shí)現(xiàn)高靈敏度的信號檢測制妄。利用光纖的色散規(guī)律可以推導(dǎo)出常規(guī)的拉曼光譜。
圖1
圖1為該方法的原理圖泵三。圖1顯示了拉曼信號和熒光信號在取樣后不久(見上圖)以及在光纖中傳播足夠長的距離(見下圖)后的頻率-時間分布耕捞。在上圖中所描述的情況下，當(dāng)信號剛從樣本發(fā)出時切黔，拉曼峰在頻域可以分離砸脊，而在時域則是混合的。在足夠長的光纖中傳播后纬霞，由于色散規(guī)律凌埂，不同頻率的峰值在時間上被分離。相反诗芜，與瞬時和瞬態(tài)拉曼信號不同瞳抓，熒光發(fā)射具有更長的壽命埃疫。通過對光纖輸出信號的投影，我們可以分離不同的拉曼峰孩哑，也可以對熒光進(jìn)行拉曼信號的區(qū)分栓霜。圖2中在最后還可通過檔位式反射鏡將信號引入到光譜儀中。因此横蜒，與傳統(tǒng)的拉曼光譜表達(dá)式(較短波長先出現(xiàn))不同胳蛮，PMT檢測到的信號是相反的:較長波長的峰先出現(xiàn)，而剩余激發(fā)峰最后出現(xiàn)丛晌。
圖2
實(shí)驗(yàn)設(shè)置如圖2所示仅炊。使用帶有光電倍增管的時間相關(guān)光子計數(shù)系統(tǒng)(PMT, Hamamatsu公司，型號:R3809U-50)澎蛛，該系統(tǒng)有4096個額定時間通道抚垄。為了創(chuàng)造足夠的色散并避免模態(tài)色散，選擇400米長的單模光纖(Fibercore Inc.谋逻，型號:SM600)呆馁。使用2 MHz Nd:YVO4激光器，從該激光器產(chǎn)生二次諧波(532 nm)激發(fā)樣品毁兆。脈沖寬度為7 ps浙滤。信號通過物鏡(Edmund Inc，NA=0.4)聚焦到一個充滿二甲基亞砜(DMSO)的細(xì)胞气堕。在這種設(shè)置下聚焦點(diǎn)可以小于2μm2瓷叫，從本質(zhì)上限制了未來實(shí)驗(yàn)中潛在的空間分辨率。傳輸?shù)?mark class="span_mark" data-type="1">輻射被一個相同的物鏡收集送巡，并通過另一個聚焦透鏡定向到單模光纖中摹菠。將光纖的輸出信號準(zhǔn)直后送入PMT。PMT是由光子計數(shù)電子學(xué)通過適當(dāng)?shù)难舆t線發(fā)送一部分入射光束觸發(fā)的骗爆。激發(fā)脈沖(532 nm)后次氨，檢測持續(xù)60 ns，則每個通道的標(biāo)稱時間間隔為15 ps摘投，這定義了該設(shè)置的時間分辨率煮寡，因此更換相應(yīng)器件將改變系統(tǒng)的時間分辨率。
圖3
圖3為使用上述系統(tǒng)測得得甲醇（左）和乙醇（右）的拉曼譜犀呼，400 m的單模光纖提供了3波數(shù)的光譜分辨率幸撕。為了得到實(shí)際的拉曼光譜，需要對采集到的PMT信號進(jìn)行校正外臂。首先坐儿，根據(jù)光纖的色散關(guān)系，進(jìn)行時頻轉(zhuǎn)換。頻譜可以通過直接反轉(zhuǎn)時間軸來推導(dǎo)貌矿。響應(yīng)炭菌，包括PMT的靈敏度和光纖的傳輸因子也應(yīng)考慮。PMT校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可來自探測器提供的數(shù)據(jù)集逛漫。如果熒光發(fā)射的時間長得多(>20 ns)黑低，熒光的效果也可以降低。整個系統(tǒng)沒有可移動的部件酌毡，可用電子手段選擇所需的光譜克握，并控制光譜分辨率。光譜分辨率可以通過使用更快的PMT/APD或更高的色散進(jìn)一步提高枷踏。測量可以在任何激發(fā)波長使用一個光子計數(shù)探測器玛荞。對于用于拉曼測量的532 nm激發(fā)波長，需要100米長的光纖來獲得足夠的(10波數(shù))光譜分辨率呕寝。此外該系統(tǒng)還需針對不同的材料選擇相應(yīng)的探測器，以保證波長范圍內(nèi)極高的敏感性婴梧。另外單模光纖的傳輸不足下梢，拉曼峰的強(qiáng)度大大降低，曝光時間也會延長塞蹭。多模光纖相反提供更好的傳輸孽江，但誘導(dǎo)模色散，峰值就會擴(kuò)散并相互重疊番电。
您可以通過我們昊量光電的官方網(wǎng)站www.wjjzl.com了解更多的產(chǎn)品信息岗屏，或直接來電咨詢4006-888-532，我們將竭誠為您服務(wù)漱办。
展示全部 
