34、拉曼光谱分析用连续激光器：特性、类型与应用

拉曼光谱分析用连续激光器：特性、类型与应用

1. 引言

拉曼效应于1928年被发现，但直到1960年激光问世后，它才从实验室中的新奇事物逐渐发展起来。随着高功率单色激光源的出现，拉曼光谱学的研究兴趣迅速增长。自20世纪80年代中期以来，仪器技术的进步显著降低了拉曼数据采集设备的尺寸和复杂性，使得拉曼散射成为适用于在线化学监测的通用分析技术。本文主要探讨连续波（CW）拉曼实验中激发源的选择问题，重点关注非共振条件下的CW激光器和自发拉曼散射。

2. 拉曼光谱仪中重要的激光特性

设计拉曼系统时，激光特性主要分为两类：一类与激光输出参数有关，如波长、线宽、输出功率、偏振和光束质量；另一类涉及激光系统的物理特性，如尺寸、可靠性和功耗。

2.1 激光波长

拉曼效应基于单色光与分子的振动和转动模式相互作用，产生频率相对于入射光发生偏移的散射光。在拉曼实验中，测量的是相对于激光激发波长的频率偏移，而非绝对波长。原则上，任何激发波长都可用于获取拉曼光谱，但拉曼散射效率与激发频率的四次方成正比，因此短波长的紫外（UV）和可见光激光器更具优势。然而，短波长激光容易激发样品产生比拉曼发射更强的荧光。减少荧光的常用方法是使用近红外（NIR）波长进行激发，NIR光子能量不足以激发样品中的电子态，从而减少荧光背景。但使用NIR激发会导致散射效率降低，且如果拉曼发射移至红外范围过远，检测效率也会下降。

拉曼光谱学中有用的激光激发波长范围从UV（200 nm）到NIR（1100 nm），不同区域有不同类型的CW激光器可供选择，如下表所示：
| 光谱区域 | 可用激光器 |
| ---- | ---- |
| UV