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RTS2-L 遠程成像拉曼產(chǎn)品概述
遠程拉曼光譜技術
拉曼光譜技術是用于研究物質(zhì)結構的分子光譜技術生產製造，通過散射光的頻移量來獲得分子振動信息化技術、轉動情況，從而分析分子的結構模樣、對稱性、電子環(huán)境和分子結合情況服務，是定量和定性分析物質(zhì)結構的一種強有力的技術手段很重要。
近年發(fā)展的遠程拉曼光譜探測技術能力和水平，是根據(jù)拉曼散射效應遠距離探測物質(zhì)的技術，通過技術的發(fā)展及應用的拓展異常狀況，目前已在行星研究、礦物勘測、遠程爆炸物探測應用創新、化學物質(zhì)泄漏和污染物測量等方面有很高的應用價值提高。國際目前常用的程拉曼探測系由以下部分組成：激發(fā)光源、光路收集模塊生產製造、分光模塊開展試點、探測模塊、數(shù)據(jù)采集與分析模塊共同。
在激光器的選擇上推進一步，高脈沖能量激光器是主流激光器，常見的是可見光波段的激光器簡單化， 也有少量研究者采用紅外波段和紫外波段力度。
目標樣品拉曼信號的收集是遠程拉曼光譜探測的關鍵技術環(huán)節(jié)，大口徑望遠鏡有助于接收較弱的遠程拉曼回波信號設計，戶外遠程探測時一般采用望遠系統(tǒng)收集信號業務指導。常見技術有卡塞格林望遠鏡和拉曼光纖探頭等。
在搭配探測器時就此掀開，跟據(jù)激光器的選型可分為CCD 和帶有電子快門的ICCD長足發展，連續(xù)激光源搭配CCD 探測器能滿足較短距離探測需求。高脈沖能量激光器搭配ICCD 探測器穩步前行，通過對門寬的設置可以較好地排除背景光和衰減時間長的熒光干擾結構不合理，具有很高的應用前景。
RTS2-L 遠程成像拉曼技術優(yōu)勢：
(1) 多種收集器可選逐步改善，適應30mm-1000m甚至更遠距離的探測意見征詢；
(2) 連續(xù)激光器/脈沖激光器可選
(3) 多種分光光譜儀可選，光柵光譜儀可實現(xiàn)高分辨率大大提高，VPH光譜儀實現(xiàn)高通光量
(4) 多種探測器可選的必然要求，背照式深耗盡型光譜CCD相機和ICCD可選
(5) 兼顧成像測試，可實現(xiàn)腔內(nèi)樣品準確定位
主要參數(shù)一覽表：
激光波長 | 連續(xù)激光器：405, 514, 532, 633, 670, 671, 785, 808 nm（其他可選） 脈沖激光器：532nm取得了一定進展，線寬< 0.005 cm-1完善好，10Hz,290mJ |
拉曼頻移范圍 | 100-4000cm-1(不同激光可能不同) |
探測距離 | 0-30mm@顯微拉曼系統(tǒng) 30-200mm@拉曼探頭 |
光譜儀 | CT式320 mm 焦長光譜儀 透射式VPH光譜儀 |
光譜 | 科研級CCD探測器： 2000x256 像素，背照式深耗盡芯片積極參與，QE>90%部署安排，300-1100nm響應，峰值效率95%，深度制冷到-60℃ 像增強型CCD探測器：1024*1024像素推廣開來，2ns門控推動， 280 – 810nm響應，增益大于200 |
光譜分辨率 | <1.5cm-1 @光柵光譜儀 < 5cm-1 @VPH光譜儀 |
遠程拉曼探頭
激發(fā)波長 | 405, 514, 532, 633, 670, 671, 785, 808 nm.其他可選 |
光譜范圍 | 100-4000 cm-1 ( 不同激光器范圍不同 ) |
焦距 | 20 mm to 100 mm |
樣品端光斑大小 | ~100 um @ 100 um 芯徑激發(fā)光纖 |
工作距離 | 20 ~100 mm |
數(shù)值孔徑 | 0.22 @40 mm 焦距 |
探頭尺寸 | 2.25" L x 0.96" W x 0.58" H |
探頭材質(zhì) | 超硬氧化鋁或者 316 不銹鋼 |
探頭柄尺寸 | 1.125" 直徑 x 3.8" 長度 |
探頭柄材質(zhì) | 316 不銹鋼 |
濾光片效率 | O.D >6 |
操作溫度 | 0-85 ? C |
最大操作壓力 | 15 psi |
光纖配置 | 100/100 um 標準配置資源配置，其他可選 |
接口類型 | FC 或者 SMA |
其他 | 可定制 |
遠程成像探頭
適用波長 | 405nm-785nm |
工作距離 | ~200mm |
空間分辨 | 典型值：6um |
成像相機 | 2000萬像素信息，焦面17.6×11.8 mm |
機械控制 | XYZ位移以及俯仰可調(diào)，適配不同腔體 |
激光器
激光器 | 脈沖激光器 | 光纖激光器 |
激發(fā)波長 | 532nm | 532nm |
脈沖能量 / 功率 | 290mJ | 100mW |
重復頻率 | 10Hz | CW |
線寬 | < 0.005 cm-1 | ＜ 0.00001nm |
光譜儀
類型 | C-T 式影像校正光譜儀 | VPH 光譜儀 |
焦距 | 320mm 焦距 | 85mm |
通光孔徑 | F/4.2 | F/1.8 |
光譜范圍 | 200-1100nm | 532-680nm |
光譜分辨率 | 優(yōu)于 2cm-1@1800 刻線光柵 | 5cm-1@1800 刻線光柵 |
探測器
類型 | ICCD | CCD |
有效像素 | 1024*1024 | 2000 x 256 |
像元尺寸 | 13um*13um | 15 x 15 µm |
有效探測面尺寸 (18mm MCP） | 13.3mm*13.3mm | |
最短光學門寬 | ＜ 2ns | 無 |
讀出噪聲 | 5 e- | 4.5 e- |
門控 | 2ns | 無 |
響應范圍 | 280 – 810nm | 200-1100nm |
典型應用
行星探測
中國科學院萬雄老師設計了一款激光誘導擊穿光譜LIBS+ 拉曼系統(tǒng)在火星模擬環(huán)境下礦物樣品的綜合檢測能力大力發展，采用卡塞格林望遠鏡結構豐富內涵，遠程脈沖拉曼光譜激發(fā)，成功檢測了8 種典型礦物質(zhì)（孔雀石產能提升、藍銅礦適應性、雄黃、文石通過活化、方解石發展成就、硬石膏和石膏等），實驗結果表明重要方式，該系統(tǒng)可以在火星條件下有效分析礦物種類和成分開展面對面。
材料生長原位監(jiān)測
遠程拉曼光譜技術可實現(xiàn)原位監(jiān)測材料生長過程，如成分含量非常重要、結晶度進一步提升、缺陷量、薄膜生長速率等參數(shù)營造一處。M. Gnyba 等人設計遠程拉曼光譜技術用于原位監(jiān)測CVD 制備金剛石膜生長過程改革創新，探測距離最高達197mm， 文中采用的工作距離為20cm取得顯著成效。
圖 單晶金剛石拉曼光譜
圖 金剛石薄膜拉曼光譜
遠程拉曼光譜可用于材料生長過程中層數(shù)新模式、堆疊、缺陷密度和摻雜等參數(shù)估算。M. N. Groot等人[4]采用顯微遠程拉曼系統(tǒng)分析液態(tài)金屬催化CVD制備大面積石墨烯材料的生長過程講理論，實現(xiàn)了從連續(xù)多晶薄膜生長為毫米級無缺陷單晶的可能性。
圖 1370k 下405nm 激發(fā)的拉曼光譜圖
圖 冷卻至室溫后 514nm 激發(fā)下的拉曼光譜圖
實測數(shù)據(jù)
真空腔內(nèi)樣品測試
GaN單晶工作距離80 mm（表觀放大倍數(shù)1:1） 積分時間：5 s
GaN/Au/Mica工作距離80 mm 積分時間：30 s
圖像分辨率測試
USAF1951分辨率板測試不要畏懼，左圖全圖，右圖為左圖紅圈中的放大圖像
該套光學配置的理論分辨率為0.005mm問題，通過THORLABS的USAF1951標準分辨率板測 試逐漸顯現，如上圖中的右圖所示，能最小分辨的線對編號為右圖虛線框中的“6-3"系統穩定性，對照如下1951 USAF測試靶的表格：
其分辨率為80.6 lp/mm拓展基地，對應空間分辨率為1mm/(80.6*2)=0.006mm
通過芯徑100μm的多模光纖將波長為520nm的綠色激光引入該套光學系統(tǒng)中，聚焦于PCB電路板，效果如下面兩張圖所示體系流動性。其中圖3中的綠色激光光點聚焦到了PCB版的標尺部分（位于13mm和14mm刻度線之間）探索創新，每一小格為1mm，實測的光斑直徑約120μm實現了超越。圖4中的綠色激光光點聚焦到了EMMC_BGA169封裝結構的電極點陣的區(qū)域新產品，其 中相鄰電極間距為0.5mm，一個電極盤的直徑約60μm橋梁作用。
綠色激發(fā)光聚焦到PCB電路板標尺的顯微像長遠所需；
綠色激發(fā)光聚焦到EMMC_BGA169封裝的電極點陣的顯微照片
引用文獻：
[1] 趙家煒, 馬建樂, 郝銳, 等. 遠程增強拉曼光譜技術及其應用[J]. 光散射學報, 2021.
[2] 袁汝俊, 萬雄, 王泓鵬. 基于遠程 LIBS-Raman 光譜的火星礦物成分分析方法研究[J]. 光譜學與光譜分析, 2021, 41(4): 1265.
[3] Gnyba M, Kozanecki M, Wroczyński P, et al. Long-working-distance Raman system for monitoring of uPA ECR CVD process of thin diamond/DLC layers growth[J]. Photonics Letters of Poland, 2009, 1(2): 76-78.
[4] Jankowski M, Saedi M, La Porta F, et al. Real-time multiscale monitoring and tailoring of graphene growth on liquid copper[J]. ACS nano, 2021, 15(6): 9638-9648.
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