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显微共焦模块设计
设计目的
模块特点
设计范例
实测结果
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市场上普通型的商业化显微共焦光谱仪的价格非常昂贵,购买商业化显微共焦光谱仪对普通科研工作者是一件奢华的事情。但是,如果科研工作者具有一台任何光谱仪(最好包括CCD探测器),通过购买我们设计的显微共焦模块,就成为一台成本低、操作简便以及光路布置合理的多功能显微共焦光谱仪。 

对于显微共焦光谱仪而言,如何使得激光斑点与共焦孔在样品上的像点一致,是能够测到光谱和提高光谱仪信噪比的关键。同时,显微物镜的光学通孔非常小,如何使得激光能准直地入射到样品也是非常重要的问题。随着光谱仪系统集成度越来越高,光谱仪的自动化程度也逐渐提高,以至于不同激光器的切换,光学滤光片的选取,探测器出口的配置等都完全自动化。自动化的提高使得使用者操作非常方便,但关键光学元件的全自动化对仪器在长时间工作状态下的稳定性提出了很高要求,这就要求所有光学元件都必须由计算机来控制,而一旦某光学元件性能出现问题或被损坏,更换此光学元件并准直光谱仪的光路将非常麻烦。全自动化光谱仪不仅价格昂贵,而且使用成本非常高。 

在测试过程中,因为各种科学实验的需要,人们不可避免地希望给显微共焦光谱仪添加激光器,包括紫外和近红外的激光器,这就需要往光路里添加更多的光学元件或更换与新添加激光波长对应的光学滤光片和其它光学元件,但全自动光谱仪的很多光学元件都是固定的,在更换或添加光学元件将非常不方便。另外,在测试过程中,还可能需要更换不同倍数和工作距离的显微物镜。更换或者添加激光器以及显微共焦光谱仪的任何元件,原则上都必须重新对光路进行准直,但是,在此情况下,全自动光谱仪都很难对激光和信号光路进行共焦准直调节。因此,作为一个多功能的显微共焦谱仪来说,更换很多光学元件情况下如何实现快速光路准直,是全自动谱仪很难实现的。 

我们设计的SmartRaman显微共焦模块,可以和两个及以上普通光谱仪相结合,达到性价比高结构稳定添加和升级各种光学元件方便光路准直快速、操作简便信号透过率高SmartRaman显微共焦光谱仪。具体情况请看[模块特点]、[设计范例]和[实测结果] 

报告分享: 第二十二届全国光散射学术会议《显微共焦拉曼光谱模块及其应用

半导体研究所自己使用的SmartRaman显微共焦模块与HORIBA iHR550耦合的展示设备常年处于工作状态,模块内置633nm和532nm激光器和二维成像平台,随时欢迎各位专家、用户以及合作伙伴参观和现场测试。


 

  SmartRaman显微共焦模块的主要特点实例说明如下: 

  1.SmartRaman显微共焦模块能同时耦合两个及以上光谱仪,可在一个模块上实现高分辨拉曼光谱和宽光谱范围荧光光谱的测试。 

 

SmartRaman显微共焦模块同时耦合HORIBA iHR550高分辨光谱仪和PI Fergie光纤光谱仪的现场效果图以及相关测试结果。

   

  2. 同一个SmartRaman显微共焦模块可以耦合从深紫外到近红外的多个激光器,下图所示出将266nm、325nm、360nm和532nm激光器耦合到同一模块的现场图,计算机屏幕显示了266nm激光测试的拉曼光谱结果。用户基于该模块在以后升级其它波长激光来测试拉曼光谱的成本低,只需购买特定波长的激光器和相应波长的拉曼滤光片及适配器即可。                     

  

配置有266nm、325nm、360nm和532nm激光的SmartRaman显微共焦模块以及利用266nm激光测试的拉曼光谱。  

 

  3. SmartRaman显微共焦模块与光谱仪耦合,即使在耦合模块顶盖开放和实验室照明灯打开的情况下,仍然具有非常低的本底噪声,所测结果与全暗室测试的本底噪声基本相同,如下图所示。该性能非常便于仪器的光路调节以及在实验室照明灯打开的日常条件下也可以测得信噪比非常高的拉曼光谱。关于拉曼光谱信噪比的科学定义和相关测量方法可以参考相关链接 

       

耦合模块顶盖开放和实验室照明灯全开的日常条件下所测的拉曼光谱  

      

 耦合模块顶盖合上和实验室照明灯关闭的暗室条件下所测的拉曼光谱 

 

  4. SmartRaman显微共焦模块能耦合多个激光器以及二维成像平台,而且为用户自己随意添加激光器提供了可能,便于后期模块功能的逐渐升级。 

     

为北京大学iHR550配备的显微共焦模块,耦合四条激光线和二维成像平台。 

 

  5. SmartRaman显微共焦模块中来自样品的拉曼信号只经过一个反射镜即可被聚焦到光谱仪入口狭缝,因此具有非常高的信号透过率。这使得He-Ne激光器输出功率仅为5mW和使用1800刻线光栅时,利用iHR550也可获得9000计数每秒。 

 

    电子科技大学显微共焦模块拉曼谱仪实测结果,Si111样品,He-Ne激光器输出功率5mW,1800刻线光栅,狭缝宽度80微米,100倍物镜,积分时间1秒。  

 

  6. SmartRaman显微共焦模块具有性价比高,操作简便,感受与高端拉曼光谱仪相似的测试体验和测试结果。 

    

模块与iHR320光谱仪耦合效果的现场展示图和在模块前的操作实际效果图 

 

已在全国40余家科研单位推广使用70余套:


            清华大学

         北京大学

            浙江大学

         山东大学

            北京工业大学

            北京航空航天大学

         北京理工大学

         中国矿业大学

         北京邮电大学

         西北大学

         电子科技大学

         南方科技大学

         东北大学

         苏州大学

         四川大学

         内蒙古工业大学

         南通大学

         中国科学院长春光学精密机械与物理研究所

         中国科学院苏州纳米所

         中国科学院上海硅酸盐所       

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