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光电微课堂 | 拉曼光谱仪分光系统设计

2021-12-17 09:04| 发布者：Davis| 查看：559| 评论：0|原作者: 光联万物 OPLC

摘要：本文介绍拉曼光谱仪分光系统的技术指标确定与光学系统设计，包括激光波长、光谱范围、分辨率、探测器像素个数等要素，以及透射型光谱仪的设计方法。文章中详细阐述了优化过程和结果，提供了参考价值。

引言：

拉曼光谱分析方法凭借其速度快、非接触、无损伤、所需样品量少且无需预处理等优点，已广泛用于农业生产生物医学、艺术、考古、材料、制药、法律科学和食品检测等领域。近些年，国内在气体拉曼方面的研究已取得突破性进展，部分院校和公司所研制出的气体拉曼光谱仪均已突破1ppm的检测限。在液体和固体的拉曼光谱仪中，通常采用的是反射型的光谱仪，而在气体的拉曼探测需要更高的探测效率，通常采用的是透射式的光谱仪，本文主要讲叙的是透射型光谱仪的设计。

主要技术指标的确定：

1. 激光波长选择：

拉曼的散射强度与激光波长的四次方成反比，如果使用的波长较长，所产生的拉曼信号相应会较弱，使用的波长较短，所产生的荧光会较强，很可能会降拉曼信号淹没，综合考虑，选择532nm波长的激光器。

2. 确定光谱范围：

大多数气体分子的拉曼位移在519波数到4155.2波数之间，对于532nm的激发光，其相应的光谱范围为：547nm-683nm,根据光谱范围选择硅基光电探测器。

3. 确定分辨率和探测器像素个数：

综合考虑仪器的分辨率和尺寸等因素，将分辨率定为0.5nm，系统的近轴放大率为1:1。根据分辨率为0.5nm的要求，光谱通道数为272，狭缝的大小选择探测器的一个像素大小为26um,考虑到像差，根据孔径大小计算，光学系统的均方根半径校正到13um以内，要区分两个拉曼峰，则一个通道需要占据3个像素，探测器像素个数至少需要272*3 = 816，光学系统的焦距我们选择80mm,光栅刻线选择1200lp/mm。

光学系统设计：

由于视场角较小，相对孔径不大，在设计准直透镜的时候考虑采用双胶合透镜来设计，优化后得到的MTF曲线如图1所示：