激光喇曼光谱仪的聚光会集系统

　　激光喇曼光谱仪的聚光会集系统是仪器的一个重要组成部分，它引导激光照明样品并将样品产生的喇曼散射光收集送入仪器的入射狭缝。由于喇光非常微弱，一台高精度的激光喇曼光谱仪不仅要有高分辨率、低杂散光的分光系统和高灵敏度的接收放大系统，同时还要有尽可能大的相对孔径的聚光会集系统，才能最大限度地收集和利用喇曼散射光。在一般商品的激光喇曼光谱仪中，厂家为了适应广泛的使用要求，只能在先保证有足够样品空间的前提下，选择一定孔径的聚光镜头，而这样对于某些实际工作情况并不十分适宜。如果样品与聚光镜头之间的距离容许再缩小，则可以另设计一个比原有聚光本领更大的聚光会集系统，从而明显提高喇曼散射光的强度，改进仪器的检测灵敏度。

　　本文将介绍我们在法国JobinYvon53000型激光喇曼光谱仪器上重新设计的聚光会集系统和结果。

　　l聚光会集系统的设计

　　激光喇曼光谱仪的聚光会集系统由样品照明、喇曼散射光的收集以及样品放置台等部分组成。其中光路部分的设计方案根据如下主要原则:

　　(l)藕合光路符合最佳照明准则。即激光通过照明聚光透镜LI聚焦在样品上，形成的焦线又经集光聚焦透镜LZ成像于入射狭缝平面S(如图l)，像的大小与狭缝的宽度和高度相匹配，才能获得最佳的照明。

　　(2)集光聚焦透镜的像方孔径角wZ应与仪器单色器的孔径角相一致，保证光束完全充满光栅。

　　(3)集光聚焦透镜的物方孔径角w，愈大，则收集的喇曼散射光愈多，因此在容许的条件下，孔径角w，愈大，愈有利。

　　假定激光是TEM00模，光束直径为d，，经焦距为f，的照明聚光透镜聚焦之后，形成的焦线是一个直径为d，长度为l的小圆柱体，在这个小圆柱体内集中了80%以上的激光能量。根据高斯光束成像公式计算[lj:

　　法国53000单色器的相对孔径为f/5，入射狭缝高度为smm，设计要求集光聚焦透镜有较好的成像质量，又有尽可能大的物方孔径角，以便收集更多的喇曼光。镜头采用五片透镜组成，结构形式如图2所示。物方孔径角达到wl=2.0，N、A一0.902，相当D/f=l，0.5，对于激光波长入=48smm，l;一25.99mm，12=350mm，M~9·49，满足最佳照明条件时，选取照明聚光透镜f₁=150mm，dl=4.smm，计算得出d=0.o325mm，在入射狭缝上的像宽为308um，表示缝宽开启3osom以上时，小圆柱体的光束可以全部进入狭缝。

　　2结果与讨论

　　smm，在此空间放置的样品均可进行测量，尤其适用于1800散射测量，在样品背后有很大空间，可以开展如电化学或催化反应的现场喇曼光谱测量。