模块化拉曼系统

1. 模块式拉曼系统

模块式拉曼系统为二次设备开发以及灵活的实验架构提供了便利。整套系统通常包含有光谱仪，激光器，探头和采样支架，配合操作软件和二次编程工具，用户可以方便地将拉曼测试系统集成到自己的设备中。
下面对如何选择各个组成模块做一下介绍。

1. 光谱仪

由于拉曼信号通常极其微弱，拉曼散射大约占总的光散射的百万分之一，因此对于光谱仪的灵敏度和信噪比的要求会比较高。我们建议采用进口的高性能光纤光谱仪，推荐MAYA2000PRO或者QE65000这两种型号。
 

• MAYA2000PRO

 
MAYA2000PRO是一款高性价比的光纤光谱仪，兼具高灵敏度，高信噪比以及高分辨率。非常适合用于拉曼光谱的测试，以及二次设备集成。其探测器采用的是日本滨松的面阵背照式CCD，在紫外和近红外区的量子效率都是大大优于普通的线阵CCD，而拉曼测试大多采用785nm的激发波长，通过配置相应的光栅，MAYA2000PRO可以测试200-4000cm-1的拉曼频移，分辨率可以达到8cm-1或者更高，对于一些常规的物质鉴定和识别都是足够的。




MAYA2000PRO的探测器没有包含热电致冷模块，不适合用于长时间积分的测量，例如需要长达数分钟积分时间的应用，但是，在实际应用中，由于MAYA2000PRO的灵敏度很高，以及高信噪比（450:1），所以大部分拉曼光谱的测试时间可以在10秒以内完成，因此，MAYA2000PRO完全可以胜任大多数的应用场合。
 
左图，MAYA2000PRO探测器的量子效率曲线
 
 
 
 
 
 

油品的拉曼图谱，用MAYA2000PRO测试，积分时间500ms，785nm，300mW激光
 
以下是MAYA2000PRO的规格参数，
标准配置50um狭缝，拉曼频移范围200-4000波数，分辨率~10波数
 

探测器
型号:	Hamamatsu S10420
构造:	背照式, 2D
热电致冷:	无
像素数:	全部像素: 2068X70 有效像素: 2048x64
像素尺寸:	14 µm 平方
探测器有效范围(mm):	28.672 水平 0.896 垂直
阱深:	200Ke-
峰值量子效率:	75%
QE @ 250 nm:	65%
光谱仪
积分时间:	6 ms - 5 秒
A/D 转换:	16 bit 500 kHz
动态范围:	12000:1
信噪比:	450:1
非线性偏差:	~4.0%
校正后非线性:	<1.0%
灵敏度:	~0.32 Counts/e-

 
 

• QE65000

跟MAYA2000PRO相比，QE650000主要改进是加装了探测器的热电致冷模块以及更低噪声的电路系统，因此可以大幅降低电子噪声，在长时间积分的测试中表现优异，可以获得极高信噪比的图谱。当然，QE65000的成本也会比MAYA2000PRO高出大约一倍的费用。
 
除了拉曼光谱检测，QE65000也适合很多其他弱信号的测试，例如荧光、DNA测序、天文学等。
 
技术参数

物理外观
尺寸	182 mmx 110 mm x 47 mm
重量	1.18kg（不包括电源）
检测器
探测器型号	滨松S7031-1006
检测范围	200-1100 nm
像素	1024 x 58 (总像素1044 x 64)；
像素尺寸	24.576平方微米
像素井深	1000Ke-
灵敏度	~0.065 counts/e-
量子效率	90%峰值; 250 nm处65%
光学平台
设计	f/4，交叉对称的Czerny-Turner光路
焦距	输入和输出均为101.6mm
入射孔径	5, 10, 25, 50, 100或200 μm宽度的狭缝，或光纤（无狭缝）
可选的光栅	14种可选光栅，紫外到近红外
HC1-QE型光栅	紫外到近红外
可选的OFLV滤光片	OFLV-QE (200-950 nm); OFLV-QE-250 (250-1000 nm); OFLV-QE-300 (300-1050 nm); OFLV-QE-350 (350-1100 nm); OFLV-QE-400 (400-1150 nm)
其它滤光片	长通OF-1系列滤光片
校准和聚光镜	标配
紫外增强	无需增强，探测器本身具有优异的紫外响应
光纤连接	SMA905型连接器，与0.22孔径单股光纤相连
光学特性
波长范围	由光栅决定
光学分辨率	0.14～7.7nm半值全波（FWHM）
信噪比	1000：1（全信号时）
A/D转换分辨率	16位
暗噪声	3 RMS计数点
动态范围	7.5 x 109 （系统），25000：1（单次操作）
积分时间	8毫秒～15分钟
杂散光	600nm时小于0.08％；435nm时为0.4％
修正后线性度	>99.8％
电子特性
功率消耗	500mA，5V直流（无热电冷却）3A，5V直流（热电冷却）
数据传输速度	扫描到内存：USB2.0接口为7ms，USB1.1接口为18ms，串口为300ms
输入/输出	10个集成的用户可编程的数字GPIO（通用输入输出接口）
模拟通道	无
自动归零	有
数据输出外接盒兼容性	HR4-BREAKOUT型
触发模式	4种
发送脉冲功能	有
传送延时功能	无
连接器	30针连接器
开机时间	小于5s
暗电流	25℃下4000e/像素/秒；0℃下200e/像素/秒
电脑连接
操作系统	Windows 98/Me/2000/XP操作系统，带USB接口的Mac OS X 或Linux操作系统；带串口的32-bit Windows操作系统
电脑连接	480 Mbps下USB 2.0 ；115.2 K baud下RS-232
外围设备	SPI (3现)；I2C内积分电路
温度与热电冷却
温度范围	-15 ℃～50.0℃；无冷凝现象
定点温度	软件控制，定点温度在环境温度40℃以下时-15℃
稳定性	设置温度2分钟之内跳动不超过+/-0.1℃

 

1. 激光器

拉曼光谱测试都需要用到高功率，高稳定，窄线宽的激光光源，常用的波长主要是785nm，532nm。785nm的激光功率一般要求300mW以上，532nm的激光功率在50um以上。线宽也要优于0.2nm。在这里，我们主要推荐国产的SPL系列，以及进口的LASER-785-LAB系列。
 
SPL-785系列

 
由于国内的激光器研发相当成熟，产品的性能已经达到国际先进水平，加上相对低廉的价格，SPL系列对于拉曼应用来说，是具有极高性价比的选择。
 
得益于先进的TEC温度控制系统，SPL-785具有非常的温度稳定性，能够在外界温度变化的环境中稳定地工作。

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
                               典型光谱测试数据
 

技术指标
噪声:	<1% RMS(10Hz-100MHz)
输出光纤:	建议105um,0.22 N.A. 标准耦合效率>75% 可以根据具体需求定制
预热时间:	15分钟
工作温度:	-10 °C到45 °C
稳定性:	<1% RMS  在8小时内
湿度:	5-95% 无结露
激光器寿命:	10,000 小时
功耗:	3.0 A@ 5 VDC
输出功率(CW):	可选350mw 或者500mw
峰值波长:	785 +/- 0.5 nm
光谱线宽:	0.2 nm (典型值)
上升时间:	<500 ms
控制:	TTL 信号模块-- 0 到100kHz
接头:	SMA 905 或者FC (可以定制)
光谱稳定性(温度)	<0.005nm/℃(典型)

 
SPL-532系列
 

技术指标
噪声:	<1% RMS(10Hz-100MHz)
输出光纤:	可定制(105um, 0.22N.A default)
预热时间:	15 分钟
工作温度:	-10 °C到45 °C
稳定性:	<1% RMS in 8 hours
湿度:	5-95% 无结露
激光器寿命:	10,000 小时
功耗:	3.0 A@ 5 VDC
输出功率(CW):	100mw (典型), 可以达到120mw
峰值波长:	532 +/- 0.5 nm
光谱线宽:	<0.1 nm
上升时间:	<500 ms
控制:	TTL 信号模块-- 0 to 100 kHz
接头:	SMA 905 或者FC (可以定制)
光谱稳定性(温度)	<0.005nm/℃(典型)

 
典型光谱测试数据
可以选购的型号

• SPL-785

785 nm 稳频多模激光器，输出功率300mW，线宽0.2nm，SMA光纤接口

• SPL-785-HP

785 nm 稳频多模激光器，输出功率500mW，线宽0.2nm，SMA光纤接口

• SPL-785-OEM

OEM型号，可以为工业客户定制接口

• SPL-532    

532nm 稳频多模激光器，输出功率50mW，线宽0.1nm，SMA光纤接口

• SPL-532-HP

532nm 稳频多模激光器，输出功率100mW，线宽0.1nm，SMA光纤接口

• SPL-532-OEM

OEM型号，可以为工业客户定制接口
 
LASER-785-LAB系列

LASER-785-LAB系列进口激光器具有输出功率高，窄线宽和光谱稳定的特性。激光器内置温度控制器可以将峰值波长锁定，不会受到外界温度变化的影响(-10 ºC 到+55 ºC)。其边模抑制比优于40 dB，可以获得极高的信噪比，非常适合拉曼应用。同时该激光器也配有高性能的电子驱动和温度控制单元。
 
 

                       LASER-785-LAB激光谱线分析图
 
 

尺寸:	110 mmx 89 mm x 53 mm
重量:	600 克
噪声:	<0.5% RMS
输出光纤:	100 µm @ 0.22 NA
预热:	15 分钟
工作温度:	-10 °Cto 40 °C
稳定性:	<3% 峰峰值8 小时内
工作湿度:	5-95% 无结露
寿命:	10,000 小时
功耗:	3.0 A@ 5 VDC
输出(CW):	>500 mW
峰值波长:	785 +/- 0.3 nm
光谱线宽:	0.2 nm (典型)
上升时间:	<500 msec
控制:	TTL 信号模块-- 0 到100 kHz
接口:	SMA 905

  
可以选购的型号：

• LASER-785-IP-LAB

785 nm 光谱稳定多模激光器，输出功率> 350mW，FC 接口，功率不可调

• LASER-785-LAB-ADJ

785 nm 光谱稳定多模激光器，输出功率> 350mW，FC 接口，功率可调

• LASER-785-LAB-ADJ-S

785 nm 光谱稳定多模激光器，输出功率> 350mW，SMA接口，功率可调
 

1. 拉曼探头

拉曼探头是一种集成多种光学元件的光纤探头，能够过滤掉收集到的激光谱线，提取微弱的拉曼信号，因此对制造工艺的要求相当高。目前能够提供商业化拉曼探头的品牌主要是美国的Inphotonics公司，该公司提供全系列的探头产品，不仅仅可应用于实验室，也可以用于工业现场。
 
  RamanProbe^TM
这一款拉曼探头是Inphotonics的主打产品，体积小巧(4" 长x 0.5" 直径)，是非常灵活的实验室测量工具。拉曼探头可以用来直接测量固体或者通过透明的比色皿测量液体。拉曼探头需要根据激光额波长来配置，所以请在订购的适合指定相应的波长。
 
的技术可以对瑞利散射大幅度衰减10⁸。同时也消除了探头内部的背景散射，提高了信号质量。RamanProbe 可以完全消除在250 cm^-1 之前的杂光，目前只有Inphotonics的产品可以做到。
 
 

采样头	不锈钢，圆柱形探头0.5"直径(12.7 mm) x 4" 长度(76 mm)，带有集成光学元件
光谱范围	250 - 3900 cm-1 (Stokes)*
激发波长	488, 514, 532, 632, 670, 785, 830, 976 nm, 其他波长需要定制
工作距离	5 mm （标准），可以达到10 mm （定制）
光纤配置	固定的两根光纤（105 µm激发光纤，200 µm 标准收集光纤）以及滤光元件，N.A. 0.22
滤光效率	设计可以滤除瑞利谱线和来自输入输出光纤的石英光谱(O.D. > 8 @激光波长)
物理性能	非常结实的探头和光纤，可以承受物理撞击，可以被加热到80ºC. 选项：高温版本可以承受到200ºC
光纤长度	5 m标准长度。(定制: 200 m)
安全措施	发射指示器（标配）Class I  可选配采样支架
耦合系统	标配FC 或者SMA 905 接头

 
RamanProbe II^TM
RamanProbe II 是专门为浸入式溶液测量的应用开发的拉曼探头，头部长度是8"，外层套管可以拆卸，这些特点使得探头可以用于真正的原位溶液分析。探头的焦距可以根据测量的溶液类型进行调节。标准的浸入式套管材料是不锈钢，带有一个蓝宝石窗口。套管拆除后，探头可以继续用于固体和比色皿的测试。
规格参数

采样头	不锈钢圆柱形探头，带有外套管，总的直径5/8" (15.8mm) x 8" (230 mm) 长度
激发波长	514, 532, 632, 670, 785, 830 nm其他波长需要定制
光谱范围	250 - 3900 cm-1 (Stokes)*
工作距离	可以根据测量溶液的粘稠度来优化
光纤配置	固定的两根光纤（105 µm激发光纤，200 µm 标准收集光纤）以及滤光元件，N.A. 0.22
滤光效率	设计可以滤除瑞利谱线和来自输入输出光纤的石英光谱(O.D. > 8 @激光波长)
物理性能	探头部分可以承受温度200ºC。蓝宝石窗密封在不锈钢套管内，也可以选配石英窗片，适合633 和670 nm激发
光纤长度	5 m std. (选配: 200 m)
安全措施	发射指示器（标配）Class I  可选配采样支架
耦合系统	标配FC 或者SMA 905 接头

 
RPB 实验室级探头
RPB拉曼探头是一款高性价比的产品，适合一般的实验室测量。
 
 
 
 
 
 
 
 
规格尺寸

采样头	阳极铝探头, 4.2" x 1.5" x 0.5" (107 x 38 x 12.7 mm ), 配有1.5" 长度(38 mm) 不锈钢探棒
拉曼频移	300 - 3900 cm-1 (Stokes)*
激发波长	514, 532, 632, 670, "785" (782-788), 830 nm （激光波长必须是+/- 1.5 nm 指定波长，除了785 nm 版本）
工作距离	7.5 mm (std.), 5 or 10 mm 可选
光纤配置	固定的两根光纤（105 µm激发光纤，200 µm 标准收集光纤）以及滤光元件，N.A. 0.22
滤光效率	设计可以滤除瑞利谱线和来自输入输出光纤的石英光谱(O.D. >6 @激光波长)
物理性能	工作温度为80ºC
光纤长度	1.5 m
安全措施	手动的快门调节激光输出；Class I 样品支架可选
耦合系统	标配FC 或者SMA 905 接头

 
 

1. 支架

根据您的测量需求，可以提供定制拉曼支架。例如带有一维调整的平台，或者不同类型比色皿的适配器。
     
 
 
 
 
 
 

1. 附件

HG-1波长标定光源
产品介绍
小巧，低成本的HG-1汞灯适合用于UV-VIS-NIR光谱系统的波长校准光源。HG-1能够发射汞氩元素的谱线，光谱范围是253-922 nm，氩元素二级谱线，光谱范围可到达1700nm，可用于快速，可靠的波长标定。HG-1的机身背面可以找到汞和氩元素的辐射谱线数据。
主要特点
HG-1光源通过光纤和光谱仪连接，进行波长标定，通过EXCEL电子数据表或计算器回归计算，得到标定系数。HG-1提供12VDC电源(包括系统)或9V电池(不包括)。
 

输出	汞氩低压力气体
光谱范围	253-1700 nm
尺寸	125.7 x 70 x 25.8
功耗	250 mA at 12 VDC
电源	12 VDC 变压器(包括) 或 9 VDC 电池(额外)
内电压	30 kHz时600伏特
灯泡寿命	~ 3,500 小时(在20 mA)
稳定性	~1分钟
孔径	3 mm
连接器	SMA 905

 
波长标定附件
PS-HG1-ADP波长标定适配器是一种1-cm尺寸的比色皿形状的附件，可以安装到1-cm比色皿支架，通过光纤连接HG-1。适配器可用于带有比色皿支架的分光光度计的波长标定。