全息窄带带阻滤光片用于拉曼光谱测试仪

　　

　　引 言

　　拉曼光谱与物质的分子振动及转动有关。研究分子的拉曼光谱可以得到有关分子结构的信息，进而分析物质的性质[1]。拉曼光谱因具有信息丰富、拉曼位移与入射光频率无关、分析效率高和样品用量少等特点而受到越来越广泛的关注，该项技术已经成为环境监测、走私毒品探测、化学分析以及复合材料分析等领域的重要研究手段之一[2-6]。因此，如何改善拉曼光谱仪性能，不断研究开发新型拉曼光谱仪，以满足不同行业、不同领域应用的需要，一直是人们努力的方向。

　　测试物质的拉曼光谱时，当激发光照射到被测样品上，除了有很弱的拉曼散射光外，还存在着比拉曼散射光强 103~06倍的瑞利散射光[1]，可将拉曼光谱信号淹没，从而严重影响拉曼光谱的获取。随着阵列探测器用于拉曼光谱信号采集的普及，迫切需要采用有效手段滤除瑞利散射光。方法之一是运用双联甚至三联单色仪，但这样构成的拉曼光谱仪结构复杂，且制作成本很高[7]。另一种方法则是在拉曼光谱仪中采用窄带带阻滤光片。目前美国 Kaiser 光学系统公司已生产出半宽度小于 10nm、光学密度大于 6 的全息窄带带阻滤光片。而国内所使用的拉曼光谱仪大部分依赖于进口产品，一些国产仪器中则采用了进口窄带带阻滤光片，使整套拉曼光谱测试仪的价格踞高不下。

　　为了满足国内教育和科研部门的需要，本文研制了半宽度分别为 18nm(峰值波长为 532nm) 和 25nm(峰值波长为 633nm) 的重铬酸盐明胶(DCG) 全息窄带带阻滤光片，它与平场光谱仪和相应的计算机数据采集和系统控制程序相结合，可组成小型拉曼光谱测试仪[8]。该测试仪具有结构紧凑、光能利用率高、信号采集周期短、杂散光低和成本低等特点。实验结果表明，采用 DCG 全息窄带带阻滤光片能有效地滤除瑞利散射光。利用该小型拉曼光谱测试仪，在 532mn 和 632.8nm 两种激发光激发下，可快速获得四氯化碳、乙醇、丙酮等液体样品的拉曼光谱图。

　　1 全息窄带带阻滤光片(HNF)

　　全息带阻滤光片的作用基于反射体全息图的波长选择性，它具有带宽窄、光密度高以及制作成本低等特点。全息窄带带阻滤光片的性能主要由峰值波长、峰值衍射效率和半宽度等参数决定。

    1.1 峰值波长峰值波长λp是指入射光垂直于峰值强度面时具有最大衍射效率的波长。在测量物质的拉曼光谱时，对不同波长的激发光，需采用不同峰值波长的带阻滤光片。对于峰值强度面平行于介质表面的全息带阻滤光片，其峰值波长λp(即需要被滤除的瑞利散射光波长) 可由体积全息图再现时需满足布喇格条件而得到[9]：

    式中Λ 为峰值强度面间距，θb为布喇格角 (即介质内入射光传播方向与峰值强度面间夹角)，n 为记录介质的折射率。而峰值强度面间距则由记录条件所决定：