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概述
 

偏振拉曼光譜是一種用于探究材料各向異性的強(qiáng)大技術(shù)，偏振拉曼能夠直接有效地獲得材料的化學(xué)鍵振動與分子取向信息善謀新篇。

本文概述了偏振拉曼的工作原理以及卓立漢光自主基于顯微共焦拉曼系統(tǒng)開發(fā)的偏振模塊的性能表現(xiàn)增產，為基礎(chǔ)研究與工業(yè)應(yīng)用提供了強(qiáng)力的技術(shù)支撐。

 

引言

拉曼光譜中方法，激發(fā)光與樣品分子相互作用行動力，分子的化學(xué)鍵在平衡位置附近產(chǎn)生振動和轉(zhuǎn)動現(xiàn)象，其動量轉(zhuǎn)化可以有效反映在拉曼譜線的位移切實把製度，譜線強(qiáng)度保供，數(shù)目等參數(shù)上，可用以判斷分子的空間結(jié)構(gòu)信息進行部署。偏振拉曼通過對入射光和散射光進(jìn)行偏振處理責任，可以獲得化學(xué)鍵振動對稱性與分子取向的信息，探究材料的各向異性保護好。當(dāng)激發(fā)光源以及收集的散射光都具有明確的偏振方向組建，對應(yīng)得到的拉曼光譜稱為偏振拉曼光譜。
拉曼散射譜學(xué)可以有效獲得分子的振動信息特點，用于提供化學(xué)選擇性信息深刻變革，而拉曼散射的偏振態(tài)可以用于確定分子的振動對稱性與結(jié)構(gòu)取向。對于熱門的二維材料如黑磷，石墨烯著力增加，過渡金屬硫化物智能化，MXENE，鈣鈦礦電池材料的研究處理，偏振拉曼已成為有效的確定晶體結(jié)構(gòu)取向的手段[1]建設。在高分子材料，分子的手性特性以及生物分子的研究中開展研究，偏振拉曼的信息可以為材料的空間結(jié)構(gòu)提供數(shù)據(jù)參考姿勢。

 儀器儀表

RTS2設(shè)備是一款多功能的高性能拉曼光譜儀，配備532nm的偏振模組后儀器具備模塊可定制化加載的優(yōu)勢首要任務，用于分子結(jié)構(gòu)對稱性與材料取向的測量分析綠色化。加載532nm偏振模塊組的RTS2儀器易于上手，模塊化設(shè)計(jì)發展，直觀的軟件配套以及各模塊的可控調(diào)節(jié)保持穩定，為常規(guī)的拉曼測量以及高質(zhì)量偏振信號的采集提供了獨(dú)到優(yōu)勢。儀器*大程度地減少了反射鏡對于偏振態(tài)的影響面向，在顯微光路設(shè)計(jì)部分確保了不同測試需求的兼容性以及整裝模塊的穩(wěn)定性支撐作用，可以輕松調(diào)整調(diào)節(jié)模塊而不需要對其進(jìn)行復(fù)雜的校準(zhǔn)，因此可以快速滿足不同類型樣品的測試需求建設項目。360°偏振檢測的拉曼檢測系統(tǒng)非常適合分析分子結(jié)構(gòu)取向最為突出，如高分子材料，液晶相結合，二維晶體高效化，因?yàn)闊o需繁瑣的樣品制備，即可快速采集樣本在共聚焦系統(tǒng)內(nèi)的信號為產業發展，儀器系統(tǒng)的高分辨率以及信號重復(fù)性保證了數(shù)據(jù)的可信度以及實(shí)驗(yàn)人員的使用體驗(yàn)範圍和領域。
 

圖1 360°全角度偏振拉曼原型樣機(jī)
 

技術(shù)優(yōu)勢

（1）全角度偏振測試，光學(xué)元件偏振片和半波片的獨(dú)立調(diào)控各項要求。
（2）模塊兼容性強(qiáng)新趨勢，對于低波數(shù)要求以及手形材料的可靠檢測均有對應(yīng)結(jié)構(gòu)方案。
（3）偏振激發(fā)與顯微共焦系統(tǒng)高度集成共謀發展，*大程度消除光學(xué)元件的偏振干擾學習。

 性能優(yōu)勢

（1）顯微物鏡下偏振消光比大于500:1；（2）可實(shí)現(xiàn)任意角度（360°）起偏/檢偏測量聽得懂；（3）偏振角度分辨率<1°應用優勢；（4）激光功率引起的測量誤差<2%。（5）實(shí)現(xiàn)各向異性材料的全角度偏振拉曼測量全方位。

 實(shí)驗(yàn)性能展示

偏振拉曼可用于獲得晶體高效節能、高分子材料影響力範圍、液晶等有序材料的分子形狀以及分子取向等有用信息。我們以CCl4 來評估儀器的性功能指標(biāo)培訓，使用RTS2偏振模塊在0到1000cm-1范圍內(nèi)記錄CCl4在檢偏器360°旋轉(zhuǎn)角度下的光譜不合理波動，無需任何額外的樣品處理操作。配套的數(shù)據(jù)分析軟件可以直接放大觀察所得譜線的特征分布信息重要工具，強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能使得譜線的分析更加直觀方便積極拓展新的領域。CCl4典型拉曼光譜如下圖2所示，主要在210cm-1更優質，313cm-1相對開放，460cm-1三個位置處展現(xiàn)出拉曼特征峰，分別對應(yīng)正四面體結(jié)構(gòu)不同的振動模式脫穎而出，其中前兩個拉曼峰對應(yīng)的振動模式無偏振選擇性拓展應用，因此檢偏器旋轉(zhuǎn)360度，拉曼信號強(qiáng)度幾乎無任何漲落結構，偏振不敏感管理。相反地，460cm-1處拉曼特征峰對應(yīng)4個Cl原子沿各自與C原子的連線方向同時向內(nèi)或向外運(yùn)動能力建設，類似于四面體結(jié)構(gòu)呼吸式運(yùn)動模樣，該振動模式是偏振敏感的，因此拉曼信號強(qiáng)度會隨檢偏器的轉(zhuǎn)動周期性變化建立和完善，屬于的典型的偏振拉曼行為提供了遵循。 

圖2 CCl₄拉曼峰位360°偏振測試譜圖

 將460cm-1 處拉曼特征峰強(qiáng)度隨檢偏器旋轉(zhuǎn)角度變化的數(shù)據(jù)提取作圖參與水平，用于評估材料的偏振選擇性大型。由圖3可知，拉曼特征峰強(qiáng)度隨檢偏器旋轉(zhuǎn)角度呈扁平“8"型結(jié)構(gòu)分布明確相關要求，曲線對稱性重要意義、回歸性良好，無明顯數(shù)據(jù)波動深化涉外，實(shí)際操作中偏振角度分辨率可以做到<1°體系，從可信度與數(shù)據(jù)完整性上驗(yàn)證了儀器模塊的優(yōu)良性能。 

圖3 CCl₄ 460cm^-1 峰位的偏振響應(yīng)譜圖
 

偏振模塊中光路的起偏與檢偏測試可以有效反映RTS2偏振系統(tǒng)的光路的優(yōu)良設(shè)計(jì)開展試點，我們選取熱門的二維材料黑磷來進(jìn)一步驗(yàn)證偏振模塊的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性攜手共進。黑磷拉曼光譜如圖4所示，主要在362, 439, 467 cm-1波數(shù)處出特征峰推進一步，分別對應(yīng)平面外Z方向振動（A1g）經過、ZZ方向振動（B2g）和AC方向振動（A2g）[2]。 

圖4 黑磷360°起偏測試?yán)V圖

圖5 黑磷360°檢偏測試?yán)V圖

圖6 黑磷拉曼特征峰位的偏振響應(yīng)譜圖力度。(a)362cm^-1的起偏測試響應(yīng);(b)467cm^-1的檢偏測試響應(yīng)管理。
 

如圖6的極坐標(biāo)圖所示設計，拉曼特征峰強(qiáng)度與偏振角度的依賴關(guān)系呈扁平“8"型結(jié)構(gòu)分布，起偏測試中只有362cm-1對應(yīng)的拉曼特征峰展現(xiàn)出了明顯的偏振特性改進措施，而檢偏測試中發(fā)現(xiàn)362, 439, 467 cm-1三個特征峰均展現(xiàn)出了偏振特性就此掀開，說明不同振動模式的激發(fā)/發(fā)射光譜偏振選擇特性是不一樣的。另外今年，起偏穩步前行、檢偏測試曲線對稱性、回歸性良好良好，說明儀器性能穩(wěn)定逐步顯現，重復(fù)性好，也直接證實(shí)了新研發(fā)的全角度偏振拉曼技術(shù)的科學(xué)有效引領。

 評估與展望
 在高性能拉曼光譜儀器RTS2的基礎(chǔ)之上自動化裝置，偏振拉曼系統(tǒng)集成的360°全角度偏振拉曼儀器可用于準(zhǔn)確評估材料的分子結(jié)構(gòu)對稱性與結(jié)構(gòu)取向信息。通過對共聚焦系統(tǒng)中集成光路的精確設(shè)計(jì)應用前景，利用少而精的模塊加載有很大提升空間，充分的儀器參數(shù)可調(diào)控方案，實(shí)現(xiàn)了高精度下任意角度的起偏/檢偏測量首次，偏振響應(yīng)中消光比>500:1可能性更大，激光功率的數(shù)據(jù)波動<2%u籃；诟哽`敏度技術，高分辨率，以及穩(wěn)定的可重復(fù)性推動，RTS2的偏振拉曼方案可以高效準(zhǔn)確地應(yīng)用于分子對稱性與材料取向分析相對較高，優(yōu)異的線偏振響應(yīng)性能對于圓偏振光相關(guān)的研究同樣具備復(fù)刻性，這為納米科學(xué)與手性科學(xué)等新興熱門領(lǐng)域信息，亞微米和微米尺度的材料物理化學(xué)特性研究提供了有力的技術(shù)支持相關。  

參考文獻(xiàn)
 [1] Zobeiri H, Wang R, Deng C, et al. Polarized Raman of nanoscale two-dimensional materials: combined optical and structural effects[J]. The Journal of Physical Chemistry C, 2019, 123(37): 23236-23245.[2] 丁燕, 鐘粵華, 郭俊青等 [J]. 黑磷各向異性拉曼光譜表征及電學(xué)特性. 物理學(xué)報(bào), 2021, 70(3): 037801.

附錄：儀器參數(shù)