[发明专利]一种冷冻低波数拉曼光谱测试系统及其测试方法

说明书

本发明提供了一种冷冻低波数拉曼光谱测试系统及其测试方法，所述系统包括样品腔、激光光源、光谱检测器、恒温器、抑制放大自发辐射滤光片、分光片、低波数陷波滤光片组和聚焦透镜，其中所述恒温器与样品腔相连，所述样品腔中内置显微物镜，显微物镜聚焦来自激光光源的激光于样品腔内的样品上激发拉曼光谱信号，并将拉曼光谱信号收集后送至光谱检测器；所述显微物镜和光谱检测器之间的光路上，由显微物镜向光谱检测器一侧依次设置分光片、低波数陷波滤光片组和聚焦透镜，在激光光源至分光片的光路上设置抑制放大自发辐射滤光片。本发明可以实现在冷冻环境(≥5K)下测量低波数下限到10cm^‑1的拉曼信号。

技术领域

本发明属于拉曼光谱测试技术领域，具体涉及一种冷冻低波数拉曼光谱测试系统及其测试方法，可用于超低温、超低频率的拉曼光谱学领域。

背景技术

振动光谱能直接给出化学键以及化学键所处的化学环境的信息，为界面弱相互作用的分析提供了可能，但同时也存在巨大挑战：(1)界面处材料与分子相互作用一般较弱，远弱于常规共价键，与其直接相关的拉曼散射在低波数区域(10cm^-1～200cm^-1)，而常规拉曼光谱仪只能测量大于100cm^-1的拉曼峰；(2)在常温下，受热运动影响，分子构型不断变化，导致弱相互作用相关的分子间弱键振动、分子摆动与转动的拉曼峰相互重叠和展宽。

在拉曼光谱测量中，很多时候人们希望获得非常靠近激发光的低波数拉曼信号，但传统的配备陷波滤光片和边带滤光片的单光栅拉曼光谱仪一般仅能测到高于50波数的拉曼信号。而低于50波数的拉曼光谱信号通常需要三光栅拉曼光谱仪来测量。这时，由于光栅和反射镜等效率的原因，三光栅拉曼光谱仪的光谱信号透过率通常只有单光栅拉曼光谱仪的1/10，甚至更低。由于很多低波数拉曼信号的强度都非常弱，这就为广泛地研究各种测量的低波数拉曼信号带来很大的困难。

CN 102374901A公开了一种用于测量低波数拉曼信号的单光栅拉曼光谱测试系统，以利用单个光栅测量低到5波数的低波数拉曼信号，并同时测量位于激发光两侧的斯托克斯和反斯托克斯拉曼信号。但所述测试系统，仍未克服在常温下由于热运动影响，分子构型不断变化，导致的弱相互作用相关的分子间弱键振动、分子摆动与转动的拉曼峰相互重叠和展宽的问题。

而冷冻拉曼光谱测量预期能解决上述难题。目前，低温光谱测试系统都是利用长焦物镜或者光纤将光引入到低温腔体中，其存在很多局限，那么如何在低温实现常温微区低波数光谱的高空间分辨、高灵敏度多参量的光学信号是亟需解决的问题。

发明内容

针对现有技术中低温光谱测试系统无法在低温条件下实现低波数拉曼信号的问题，本发明提供了一种冷冻低波数拉曼光谱测试系统及其测试方法。本发明通过组合抑制放大自发辐射滤光片、分光片、低波数陷波滤光片组和聚焦透镜，可以实现在冷冻环境(≥5K)下测量低波数下限到10cm^-1的拉曼信号。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种冷冻低波数拉曼光谱测试系统，所述系统包括样品腔、激光光源、光谱检测器、恒温器、抑制放大自发辐射滤光片、分光片、低波数陷波滤光片组和聚焦透镜，其中所述恒温器与样品腔相连，所述样品腔中内置显微物镜，显微物镜聚焦来自激光光源的激光于样品腔内的样品上激发拉曼光谱信号，并将拉曼光谱信号收集后送至光谱检测器；所述显微物镜和光谱检测器之间的光路上，由显微物镜向光谱检测器一侧依次设置分光片、低波数陷波滤光片组和聚焦透镜，在激光光源至分光片的光路上设置抑制放大自发辐射滤光片。

本发明中，所述样品腔为低温样品腔，恒温器为低温恒温器，显微物镜为低温显微物镜，其所述低温均是指温度5K～350K；所述低波数陷波滤光片为超窄带低波数陷波滤光片。