如何为拉曼实验选择合适的激光器？

为拉曼光谱选择激光器 – 需要考虑的重要性能参数

拉曼光谱中常用多种不同波长的光，从紫外（UV）到可见光，再到近红外（near-IR）。为给定应用选择最佳激发波长并不总是显而易见的。优化拉曼光谱实验必须考虑许多系统变量，其中一些变量与波长选择有关。

为什么激光波长的选择对拉曼光谱很重要？

首先，拉曼信号本质上非常弱。它依赖于样品材料中的光子-声子相互作用，这通常是百万分之一的事件。此外，拉曼散射强度与激发波长的4次方成反比，这意味着较长波长的激发会导致拉曼信号降低。

探测器的灵敏度也取决于波长范围。CCD通常用于检测拉曼信号。这些CCD器件的量子效率在超过800nm时下降得相当快。对于超过800nm的照明，可以使用InGaAs阵列器件，但这些器件与更高的噪声水平、更低的灵敏度和更高的成本有关。拉曼信号强度和检测灵敏度的波长依赖性似乎都指向使用较短波长的激发（UV和可见光），而不是较长波长（在近IR中）。然而，短波长激发仍有一个挑战需要克服：荧光发射。许多材料在被紫外可见光激发时会发出荧光，这会淹没微弱的拉曼信号。即便如此，拉曼光谱中最常用的波长是785nm。它在散射效率、荧光影响、检测器效率和成本效益高、紧凑、高质量激光源的可用性之间提供了平衡。然而，蓝色和绿色（特别是532nm）可见激光的使用正在增加。

选择用于拉曼光谱实验的激光器时应考虑哪些性能特征？

除了波长之外，在为拉曼光谱仪选择最佳激光源时，还应考虑许多重要的性能参数。关键性能参数包括：

六个重要的激光器性能参数

激光波长：拉曼光谱中最常用的波长是785nm。它在散射效率、荧光影响、检测器效率和成本效益、紧凑、高质量激光源的可用性之间提供了最佳平衡。然而，蓝色和绿色（特别是532nm）可见激光的使用正在增加。这也取决于正在研究的材料。
光谱线宽：这对所记录的拉曼信号的光谱分辨率设置了限制（即，可以检测到斯托克斯位移的差异有多小）。对于大多数固定光栅系统，激光线宽应为10pm或更小，以不限制系统的光谱分辨率。然而，高分辨率系统可能需要比这小得多的线宽，有时甚至小于1MHz
频率稳定性：在光谱图的记录过程中，激光线的波长必须保持非常固定，以免降低光谱分辨率。通常，激光在几摄氏度的温度范围内随时间漂移不应超过几个pm。
光谱纯度：检测拉曼信号通常需要来自激光源的>60dB的光谱纯度（即抑制主激光线的边模的程度）。对于许多情况，如果在距主峰约1-2nm处达到光谱纯度水平就足够了。然而，低频拉曼应用需要主峰100pm的高边模抑制比（SMSR）。
光束质量：在共焦拉曼成像应用中，有必要使用衍射极限的TEM00光束来获得最佳空间分辨率。然而，对于基于探针的定量拉曼分析，要求并不严格。对于允许有效耦合到多模光纤（例如，具有50-100μm纤芯直径）的光束质量，这通常就足够了。
输出功率和功率稳定性：典型的激光输出功率范围从紫外线中的大约10mW到近红外中的几个100mW。输出功率要求与波长、将要研究的材料类型以及采样频率和成像速度有关。在不同的环境温度下，激光器的输出功率波动不应超过百分之几。