35、拉曼光谱中的阵列探测器：原理、应用与发展

拉曼光谱中的阵列探测器：原理、应用与发展

1. 引言

拉曼光谱技术虽已应用多年，但直到近期才成为化学分析中相对常用的工具。早期受限于实用光源、高通量光学元件和灵敏的多通道（MC）探测器，其实际应用受到限制。如今，稳定且价格相对低廉的激光器、新型光学元件（如体相全息元件）以及各种高性能阵列探测器的出现，使得拉曼散射的快速常规分析成为可能。本文将探讨焦平面探测器在拉曼光谱中的作用及其影响。

早期用于拉曼光谱的探测器存在高噪声和低灵敏度的问题。在低光水平应用中，每个噪声源都至关重要，必须加以考虑并最小化。近年来，具有极低噪声特性和高量子效率（QE）的高性能阵列探测器的发展，是拉曼光谱领域的一项重大进步。此外，阵列探测器固有的多路复用优势允许同时对每个波长进行采样，从而缩短积分时间并提高样品通量。

2. 噪声

适用于拉曼光谱的探测器必须具有低噪声特性。主要有六种噪声源：激光和背景闪烁噪声、样品和背景散粒噪声、探测器暗电流和读出噪声。由于现代仪器使用的激发源比以往更稳定，激光和背景闪烁噪声可忽略不计。样品散粒噪声和背景散粒噪声虽与探测器无直接关系，但受阵列探测器多路复用优势的影响。

2.1 样品散粒噪声

样品散粒噪声由样品光子随机到达探测器产生的波动分析信号组成。当探测器本身产生的噪声较小时，且主要光源来自分析物的光散射时，样品散粒噪声起限制作用。到达探测器的分析物光子数（ΔS）由公式（1）给出：
[ \Delta S = LA\Omega T ]
其中，L 是单位散射面积的散射光强度，A 是收集的散射光面积，Ω 是收集的立体角，T 是光谱仪光路的透射率。探测器的电子输出信号 S 由公式（2）给出： <