随着技能的快速发展，拉曼光谱已经成为一种常规的、低本钱的剖析工具，在制药、食品饮料、化工和农业等行业的材料科学和在线过程掌握中得到了广泛的运用。激光技能、探测器(CCD和InGaAs阵列)和光谱滤波器(基于VBG的陷波滤波器)的改进，以及旗子暗记产生和检测新方案的发展，帮助拉曼仪器制造商战胜了微弱旗子暗记的寻衅，这加快了拉曼仪器的开拓和市场增长。在这篇文章中，我们谈论了在选择用于拉曼光谱的激光器时须要考虑的主要性能参数。
1. 为什么拉曼光谱中激光波长的选择很主要?
紫外~可见光~近红外范围，许多不同的波长常用于拉曼光谱中。为特定的运用选择最佳的激光波长并不总是显而易见的。为了优化拉曼光谱实验，必须考虑许多变量，个中许多变量与波长选择有关。
首先，拉曼旗子暗记本身就很弱。它依赖于样品材料中的光子-声子相互浸染，这个事宜概率常日不敷百万分之一。此外,拉曼散射强度与激光波长的四次方成反比，这意味着波长越长，拉曼旗子暗记越弱。
其次，探测器的灵敏度也取决于波长范围。目前常用的拉曼旗子暗记检测方法是CCD。这些CCD器件的量子效率在超过800nm时低落得相称快。对付超过800 nm的激光引发，可以利用InGaAs阵列器件，但这些器件会带来更高的噪声水平、更低的灵敏度和更高的本钱。
拉曼旗子暗记强度和检测灵敏度的波长依赖性彷佛都指向利用更短的波长照明(紫外和可见)，而不是更长的波长(近红外)。然而，对付更短的波长照明，有一个寻衅须要战胜:荧光发射。许多材料在短波引发下发出荧光，荧光可以淹没微弱的拉曼旗子暗记。
图1. 采取3种不同波长引发聚酰亚胺的拉曼光谱。用532 nm和785 nm激光引发，拉曼旗子暗记被荧光粉饰。用405nm引发，拉曼旗子暗记很随意马虎被分辨
即便如此，拉曼光谱中最常用的波长是785 nm。它在散射效率、荧光的影响、探测器效率和本钱效益高、紧凑、高质量的激光光源的可用性之间供应了比较好的平衡。不过，蓝色和绿色可见激光(特殊是532纳米)的利用正在增加。
紫外拉曼
只管紫外激光每每引发强烈的自发荧光，但是它常日只发生在波长约300 nm以上。由于4000 cm-1(非常大)的斯托克斯位移导致在普通266 nm激光引发下的拉曼发射低于300 nm，自发荧光根本不滋扰拉曼旗子暗记，使高信噪比紫外拉曼丈量成为可能。
图2.紫外拉曼与荧光旗子暗记
随着越来越多的紧凑型、经济实惠的高功率紫外激光器问世，如四倍二极管泵浦的266 nm Nd:YAG激光器和248.6 nm NeCu空心阴极金属离子激光器，超灵敏紫外拉曼光谱技能已成为一种更为常见的技能。然而，在紫外波段的相机和光学滤光片的可用性仍旧掉队。Semrock公司自满地供应了许多非常高性能的滤光片，是UV拉曼光谱的空想选择。Acton紫外芯片镀膜让紫外感光芯片可以轻易得到。
图3.Acton常规芯片紫外拓展后的范例量子效率
在选择用于拉曼实验的最佳激光光源时，除了波长外，还有许多主要的性能参数须要考虑。
2. 关键性能参数:
谱线宽度、频率稳定性、光谱纯度、光束质量、输出功率和功率稳定性、光隔离。此外，还应考虑构造的紧凑性、鲁棒性、可靠性、寿命和本钱构造。
终极，在选择最优的拉曼激光器时，紧凑性、鲁棒性、可靠性、寿命和本钱构造是须要考虑的主要参数。拉曼仪器已经发展成为许多科学和工业运用的标准剖析工具。用户希望在不须要做事或交流激光源的情形下进行多年的常规实验或过程监测丈量。在越来越多的情形下，仪器还必须在恶劣的工业环境中操作。
由于这些缘故原由，目前大多数拉曼系统配备的是固态激光器，而不是气体激光器。本日，经由验证的紧凑固态激光器的事情寿命可达10,000小时，知足最前辈的光学性能哀求，可用于拉曼光谱常用的所有波长范围。
图4.Cobolt激光器
3. 哪种类型的激光最适宜你的运用?
基于固体的连续波激光源，常日用于拉曼光谱可分为三类:
i ) 二极管泵浦激光器:SLM(单纵模)
ii ) 单模二极管激光器:DFB(分布式反馈)或DBR(分布式布拉格反射)
iii) VBG稳频二极管激光器
这些激光技能覆盖不同的波长区域，在光学性能上有显著的差异，下面阐明。
i ) DPL激光器（SLM）通过内置的非线性晶体实现光频转换，很随意马虎在小体积内得到从紫外到近红外的激光。在近红外波段，1064nm的功率级乃至可达几瓦。在可见范围内，在蓝绿红区域(660、640、561、532、515、491、473、457 nm)有大量的谱线可用，输出功率为几百mW。紫外可实现的功率水平稍低，例如在355nm可以做到10 ~ 50mW。这些激光器供应优秀的TEM00光束，非常精确的波长，低漂移，单频线宽常日远低于1MHz。这些激光器也具有非常高的光谱纯度，常日SMSR大于60dB，最高可达主峰附近pm量级。在临近的激光芒上可能会涌现低水平的发射，但它们离主峰偏移了几个纳米，因此很随意马虎通过集成介质带通滤波器来肃清。波长稳定性天生就很好。
Cobolt Samba TM - 532 nm Typical Beam Profile - M 2 < 1.1
图5.
ii ) 单模二极管激光器供应非常紧凑和本钱高效的光源，具有单频线宽(<1 MHz)和单横模波束质量。在赤色到近红外波段有许多波长可用，输出功率可达几百mW和MHz的线宽。最常用的波长为785、830、980和1064 nm。边带发射限定这些激光器的SMSR到周围50dB，常日在离主峰100pm的地方达到。
iii) VBG稳频二极管激光器。利用了窄线宽的VBG(体积布拉格光栅)元件和一个二极管激光发射器，实现了DFB或DBR无法实现的窄线发射波长。通过频率锁定多横模二极管激光器，也可以在更高的功率水平上实现窄带线宽发射。为了在输出波长和线宽方面得到高的稳定性，须要精密的热机器掌握和激光内部的高精度校准，特殊是在不同温度下。线宽范围从单频发射到几十pm，取决于波长和输出功率。而且，与其他二极管激光器一样，MSR被限定在靠近主峰40-50分贝。通过集成一个滤光片，可以提高到60-70分贝，在间隔主峰1-2 nm处。
Cobolt 08-NLD 785 nm 500 mW激光器在不同温度下谱线宽度的稳定性和光谱特性与(黄色)和(粉赤色)集成带通滤波器
Cobolt激光技能的特点和优点是什么?它们是如何运用于拉曼光谱的?
Cobolt为拉曼行业供应二极管泵浦SLM激光器(DPL)和VBG稳定的二极管激光器。这两种激光类型在安装和固定单独的光学元件时都哀求极高的精度。因此，只有采取前辈的光学制造技能组装，并对热应力和机器应力具有可靠的弹性，才能实现这种激光器的可靠性能。所有的Cobolt的DPL激光器和VBG稳定的二极管激光器都是由公司专有的HT-Cure™技能，它是将微型化光学器件高温烘烤，高精度地安装在热机器稳定、密封良好的封装中。这种方法已被证明可以供应高度可靠的激光器，可以耐受100℃以上的重复热冲击和60 G（重力加速度）以上的机器冲击。
Cobolt 08-01系列紧凑SLM和窄线宽激光器是专门为拉曼光谱运用而设计的。该产品平台承载二极管泵浦SLM激光器(08-DPL)和VBG稳定的二极管激光器(08-NLD)封装紧凑和密封。该模块具有完备集成的电子和可选的光隔离器。输出光束准直自由空间或耦合到多模或单模光纤中。可用波长有405 457 473 488 515，532、561、633 638 660 785和1064 nm。
其他拉曼元件及系统
