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在極*溫條件下，物質(zhì)的微結(jié)構(gòu)與性質(zhì)發(fā)生顯著變化，對(duì)科研與工業(yè)領(lǐng)域提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。要深入了解其中物性與微結(jié)構(gòu)的關(guān)系，需使用滿足高溫和原位條件下的光譜分析手段，拉曼光譜作為一種分子光譜其所揭示的物質(zhì)分子層次的結(jié)構(gòu)信息對(duì)于物理，化學(xué)，材料，生物等各個(gè)領(lǐng)域的研究有著重要的指導(dǎo)意義。
北京卓立漢光儀器有限公司推出的時(shí)間門控拉曼技術(shù)，突破傳統(tǒng)限制，成為高溫體系物質(zhì)結(jié)構(gòu)解析的首*工具。采用短波長(zhǎng)激光與脈沖激光時(shí)間分辨技術(shù)，有效克服高溫背景熱輻射干擾，精準(zhǔn)捕捉拉曼信號(hào)。無論是超高溫環(huán)境下的材料研究，還是遠(yuǎn)程、熒光干擾下的復(fù)雜測(cè)試，時(shí)間門控拉曼均能展現(xiàn)卓*性能。RTS2脈沖拉曼系統(tǒng)，搭載高性能ICCD與特殊脈沖激光器，信噪比高，操作簡(jiǎn)便，為高溫工藝、地學(xué)研究、材料制備等領(lǐng)域提供前所*有的原位檢測(cè)手段。
高溫背景特點(diǎn)
高溫背景其實(shí)就是樣品高溫下的熱輻射。任何固體或液體，只要溫度高于絕對(duì)零度都存在熱輻射。熱輻射是物質(zhì)中處于激發(fā)態(tài)的粒子以一定的概率隨機(jī)地向低能級(jí)躍遷，而在拉曼譜中構(gòu)成連續(xù)的基底。
黑體輻射的主波長(zhǎng)隨著溫度變化，服從維恩位移定律；維恩位移定律計(jì)算出黑體輻射強(qiáng)度達(dá)到最大時(shí)的波長(zhǎng)λmax，這個(gè)物理量只和黑體的溫度相關(guān)：
λmax*T=b
其中b為比例常數(shù)，稱為維恩位移常數(shù)，不同溫度下熱輻射光譜能最密度的分布(見圖1)。該圖說明:隨輻射源溫度的升高，輻射光的中心頻率逐漸向高頻方向移動(dòng)，即由紅外段逐漸移向可見光波段，且強(qiáng)度顯著增大，隨機(jī)波動(dòng)幅度也越大。正因?yàn)槿绱耍S著溫度升高，某一激發(fā)波長(zhǎng)下拉曼散射光頻率變逐漸被高溫背景“淹沒"
圖1 不同溫度下熱輻射光譜能最密度的分布（來源于網(wǎng)絡(luò)）
1000℃下拉曼儀器在溫度梯度升溫中還基本可以使用，可如果溫度超過1000℃時(shí)，因黑體輻射影響很大，普通拉曼儀器無法捕捉到高溫對(duì)象的拉曼信號(hào)，檢測(cè)器接收的全是強(qiáng)背景信息。溫度變化對(duì)拉曼光譜的峰強(qiáng)、峰寬和背景產(chǎn)生影響。 隨著溫度的升高，斯托克斯線的強(qiáng)度降低，譜峰展寬，處于激發(fā)態(tài)的粒子隨機(jī)向低能級(jí)躍遷所產(chǎn)生的熱輻射變強(qiáng)，最終由熱輻射產(chǎn)生的高溫背景將 “淹沒" 所有拉曼信號(hào)。
實(shí)現(xiàn)高溫拉曼的技術(shù)方式
實(shí)現(xiàn)高溫拉曼有兩種方式，分別為短波長(zhǎng)激光拉曼光譜技術(shù)和脈沖激光時(shí)間分辨拉曼光譜技術(shù)。
短波長(zhǎng)激光拉曼基于黑體輻射效應(yīng)，例如從上圖可以看出，1200K時(shí)黑體輻射峰大概從580nm開始，強(qiáng)度最大時(shí)為2.42um，此時(shí)如果選用532nm激光器去激發(fā)，拉曼頻移勢(shì)必會(huì)被黑體輻射的峰所干擾；如果使用325nm激光去激發(fā)，從325nm-580nm的區(qū)間是沒有黑體輻射的影響的。另外拉曼信號(hào)強(qiáng)度跟激發(fā)波長(zhǎng)的4次方成反比，所以用短波激發(fā)強(qiáng)度會(huì)高一點(diǎn)，但是用短波激發(fā)就會(huì)比較容易出熒光。所以這種方式比較適合自身沒有不會(huì)被短波激發(fā)出熒光的樣品測(cè)試；
使用532激發(fā)單晶硅在不同溫度下的拉曼峰的測(cè)試結(jié)果如下
圖2 532激發(fā)單晶硅在不同溫度下的拉曼峰
由圖2可以看出：Si一階峰峰位隨溫度升高往低波數(shù)移動(dòng)（紅移），峰強(qiáng)隨溫度升高逐漸降低，峰寬隨溫度升高逐漸展寬。
脈沖激光時(shí)間分辨拉曼光譜技術(shù)是從時(shí)間域上將拉曼散射信號(hào)與絕大部分背景熱輻射分離開，用脈沖激光替代連續(xù)激光，因?yàn)槔盘?hào)是在激光打過去fs量級(jí)的時(shí)間之后就會(huì)產(chǎn)生，幾乎與激光同步，但是熱輻射背景和熒光信號(hào)較弱；如下圖所示，我們可以選擇在激光與熒光之間的一個(gè)非常短的時(shí)間去采集拉曼信號(hào)，此時(shí)可以獲取較高的信噪比；
在儀器選型上，一般都選用的是ns 激光器去激發(fā)，帶門控的像增強(qiáng)型相機(jī)（ICCD或者ICMOS）去探測(cè)。ps或者fs的脈沖能量太高，容易打壞樣品，另外造價(jià)昂貴；使用ICCD測(cè)試具有背景輻射影響的石英的測(cè)試數(shù)據(jù)如下，可以看出，使用短的門控，可以獲取較高的信噪比。
石英的時(shí)間分辨拉曼光譜
北京卓立漢光儀器有限公司推出的RTS2脈沖拉曼系統(tǒng)，將標(biāo)準(zhǔn) RTS2 系統(tǒng)的CCD更換為 ICCD，并配置特殊的脈沖激光器，即可進(jìn)行脈沖拉曼實(shí)驗(yàn)，以在強(qiáng)背景信號(hào)下提取弱的拉曼信號(hào)。脈沖拉曼適用應(yīng)用：超高溫拉曼 >1500℃;遠(yuǎn)程拉曼(日光環(huán)境);熒光環(huán)境熒光壽命 >10ns)。
水的脈沖拉曼信號(hào)（遠(yuǎn)程）
硝酸鈉的脈沖拉曼信號(hào)(遠(yuǎn)程)
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