[发明专利]基于拉曼散射的测量区域温度实时控制系统和方法

说明书

本发明公开了一种基于拉曼散射的测量区域温度实时控制系统和方法，所述系统包括光源、连续可变衰减光学片、拉曼光谱仪、样品台和控制单元。连续可变衰减光学片设置在光源和拉曼光谱仪之间，用于衰减光源产生的光信号。拉曼光谱仪与控制单元连接，用于将光信号聚焦至样品台上的样品以发生拉曼散射，采集斯托克斯分量信号和反斯托克斯分量信号，根据采集的信号计算出样品的测量区域温度并发送至控制单元。控制单元与连续可变衰减光学片连接，用于比较测量区域温度和控制温度，并根据比较结果控制连续可变衰减光学片调节光信号。本发明通过采集拉曼散射的信号计算出样品的测量区域温度，从而通过调节连续可变衰减光学片实现实时温度控制。

技术领域

本申请涉及拉曼测量技术领域，具体涉及一种基于拉曼散射的测量区域温度实时控制系统和方法。

背景技术

由于拉曼信号本身极弱，拉曼光谱仪一般使用激光器作为激发光源，特别是对于紫外拉曼测量，由于物镜将光聚焦在10um²以下的极小范围内，样品被照射的区域的能量密度极高，会造成样品局域温度升高。例如：在《光谱学与光谱分析》2007年27卷第4期的《硅纳米线拉曼光谱的研究》所提供的技术方案中，514nm的激光在2.5mW的激光功率下即可使15nm直径的硅纳米线加热到600K以上。

激光的局域的热效应一方面会导致样品产生的拉曼测量信号偏差，另一方面有可能会将样品烧坏。因此在拉曼测量过程中，对样品测量区域的温度加以实时控制，可以有效的保证拉曼测量的准确性，同时避免样品被烧坏。

对于现有技术中通常使用的控温手段，在10um²以下的极小范围内实时监控样品的温度极其困难。例如用热电偶放置在样品的下方进行测量，样品受激光加热区域极小，而拉曼测量的时间通常只有几分钟甚至几十秒，样品在测量期间很难达到热平衡，并且即使达到热平衡，由于温度梯度的存在，热电偶也无法准确测量出由激光加热引起的实际局域温度变化。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种能通过较为准确地测量出拉曼测量过程中极小范围的样品测量区域的温度，实现对样品测量区域温度进行实时控制的基于拉曼散射的测量区域温度实时控制系统和方法。

第一方面，本发明提供一种基于拉曼散射的测量区域温度实时控制系统，所述系统包括光源、连续可变衰减光学片、拉曼光谱仪、样品台和控制单元。

所述连续可变衰减光学片设置在所述光源和所述拉曼光谱仪之间，用于衰减所述光源产生的光信号。

所述拉曼光谱仪与所述控制单元连接，用于将所述光信号聚焦至所述样品台上的样品以发生散射，采集所述散射中的斯托克斯分量信号和反斯托克斯分量信号，根据所述采集的信号计算出所述样品的测量区域温度并发送至所述控制单元。所述散射至少包括拉曼散射。

所述控制单元与所述连续可变衰减光学片连接，用于比较所述测量区域温度和所述控制温度，并根据比较结果控制所述连续可变衰减光学片对所述光信号进行调节。

第二方面，本发明还提供一种基于拉曼散射的测量区域温度实时控制方法，所述方法包括：

将光信号聚焦至样品台上的样品以发生散射；所述散射至少包括拉曼散射；

采集所述散射中的斯托克斯分量信号和反斯托克斯分量信号；

根据所述采集的信号计算出所述样品的测量区域温度；

比较所述测量区域温度和预先设置的控制温度，并根据比较结果控制连续可变衰减光学片对所述光信号进行调节。

本发明诸多实施例提供的基于拉曼散射的测量区域温度实时控制系统和方法通过采集拉曼散射中的斯托克斯分量信号和反斯托克斯分量信号，并根据采集的信号计算出样品的测量区域温度，从而通过调节连续可变衰减光学片实现对样品的测量区域温度的实时控制；