拉曼光譜技術是一種“散射”光譜技術莲兢，作為一種經(jīng)濟有效的光學傳感和分析物質(zhì)化學成分的手段已被廣泛采用。對應的拉曼光譜“指紋區(qū)域”約為200cm-1 - 2000 cm-1续膳。然而低頻拉曼(5cm-1 ~ 200cm-1改艇，或150GHz-6THz)可產(chǎn)生豐富有關分子和分子間結構和特征的振動能信息。大多數(shù)拉曼系統(tǒng)由于邊緣過濾器的使用仍限于只捕獲化學指紋圖譜信息坟岔，遺漏許多重要光譜信息谒兄，這些信息可提高靈敏度和準確性，以及對材料結構的洞察社付。太赫茲拉曼光譜系統(tǒng)卻可以彌補這些缺失承疲。
太赫茲光譜技術是一種“吸收”技術鸥咖，可直接發(fā)射300GHz到6THz頻率范圍(10cm-1到200cm-1區(qū)域)輻射來測量這些結構，檢測吸收光譜啼辣。太赫茲系統(tǒng)還有一個額外的好處啊研，能夠更深入滲透一種材料或“透視”外部層來捕捉信號。但這些系統(tǒng)依賴于昂貴的激光光源鸥拧，而探測器性能党远、可用性和費用的限制限制了使用這種技術的潛在靈敏度、分辨率和經(jīng)濟性富弦。此外沟娱，它們相當窄的光譜范圍(只有3-6THz)限制了其對許多材料進行完整可靠的化學鑒定的能力。
“太赫茲拉曼”將拉曼光譜從指紋區(qū)域擴展到太赫茲區(qū)域腕柜，如下圖1花沉，為化學組成數(shù)據(jù)增加對分子和分子間結構的重要見解。低頻拉曼/太赫茲光譜可大大提高對材料結構和化學的分化和分析媳握，從而提高準確性碱屁、靈敏度蛾找、科學分析或法醫(yī)分析娩脾，包括爆炸物、毒品打毛、藥品柿赊、生物組織俩功、聚合物和有害物質(zhì)洪鸭，都可以從這種擴展的光譜信息中受益茬高。
圖1
“太赫茲拉曼”是指在超低頻區(qū)域(從5-200波數(shù))同時捕獲Stokes和anti-Stokes位移冒签。低頻區(qū)域特別難以解決，因為非常接近瑞利波長查近。大多數(shù)傳統(tǒng)的拉曼系統(tǒng)使用薄膜邊緣濾波器竿奏，最終完全去除瑞利光和整個反斯托克斯區(qū)域荠耽，切斷距離瑞利線約200波數(shù)內(nèi)所有信號瞻颂。大多數(shù)陷波濾波器允許一些反斯托克斯信號通過豺谈，但仍屏蔽大約150波數(shù)內(nèi)所有信號。只有使用多級譜儀系統(tǒng)才能同時獲得高瑞利衰減和分辨率贡这，該系統(tǒng)：(1)體積大茬末、體積大、價格昂貴(2)需要非常精確的校準和設置(3)顯著降低本已微弱的拉曼信號的總體吞吐量盖矫。
體全息光柵濾光片具有高吞吐量的窄帶寬陷波濾波器如圖2丽惭。每個VHG濾光片都有一個陷波剖面辈双，設計用于衍射與激光匹配的特定波長责掏，并傳輸所有其他波長。這些濾波器使得激光波長具有極高的衰減(每個濾波器的波長為>OD 4)辐马，同時保持附近拉曼信號在5波數(shù)以上的高傳輸拷橘。
圖2
這導致能在5-200波數(shù)快速獲取高質(zhì)量超低頻拉曼光譜局义。這些系統(tǒng)是基于一個穩(wěn)定波長的激光源喜爷，一系列VHG濾波器和單級光譜儀如圖3萄唇。這種強瑞利衰減和高寬帶傳輸?shù)慕Y合使系統(tǒng)能夠同時捕獲強烈的低頻斯托克斯和反斯托克斯拉曼波段和“指紋區(qū)域”過渡檩帐，極大地簡化了整個系統(tǒng)，降低了尺寸和成本另萤，同時提高了使用拉曼進行化學鑒定和其他應用的靈敏度和可靠性湃密。
圖3
上述系統(tǒng)由一個單模波長穩(wěn)定二極管激光器和一系列與激光輸出波長光譜匹配的超窄帶VHG濾波器組成。使用兩個VHG ASE抑制濾波器從激光器中去除放大的自發(fā)發(fā)射四敞。一個二色90/10 VHG分束器濾光片將激光定向到樣本，一個10x物鏡將激光聚焦到樣本上并收集背向散射光忿危。然后90/10分束器將90%的瑞利散射反射回激光器达箍，同時傳輸所有拉曼位移信號。(與寬帶50/50分束器相比铺厨，幾乎提高4倍拉曼信號)缎玫。兩個超窄帶VHG陷波器硬纤，每個光密度為>4.0，然后在傳輸拉曼信號時進一步衰減收集到的瑞利散射光赃磨，估計系統(tǒng)傳輸效率為>80%筝家。濾波后的信號聚焦在25μm芯徑、0.1NA階變折射率光纖上邻辉，連接到高分辨率溪王、高通量的單級光譜儀成像光譜儀。它配備了1200線/毫米光柵和1340x400成像陣列恩沛，20 × 20 μm像素大小和98%的峰值量子效率在扰，以確保最大的信號采集和1.25波數(shù)分辨率;適合5-200波數(shù)頻率范圍的分析雷客。下圖4為上述系統(tǒng)測得的低波數(shù)拉曼光譜芒珠。
圖4
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