科普 | 拉曼光路：从激光发射到信号采集

激发光源

现代拉曼光谱仪全部采用激光器，其单色性和高功率特性可更高效激发样品拉曼散射，有助于获取线宽窄、强度高的拉曼信号。激光的波长需根据样品特性选择，以避免荧光干扰或样品损伤：

- 紫外激光器 (244 nm、325 nm)

“硬核特工“，高光子能量，适合激发共振拉曼效应，显著增强特定分子振动信号，但容易“误伤“样品，且需使用紫外光学元件（成本高）。

- 可见光激光器 (532 nm、633 nm)

“全能选手“，广泛用于共聚焦显微拉曼。

532 nm 激发信号强（强度∝1/λ⁴），适合无机材料（石墨烯、碳纳米管、半导体），但容易被荧光干扰。

633 nm对部分样品荧光干扰较小，稳定性高，适合表面增强拉曼研究。

- 近红外激光器 (785 nm、1064 nm)

“低调侦探“，光子能量低，光损伤小，适合抑制样品荧光，但激发信号较弱（长波长导致拉曼散射效率下降）。

作用机制：激光照射样品时，光子与分子发生非弹性碰撞（拉曼散射），导致光子频率变化（斯托克斯散射或反斯托克斯散射），这一变化与分子振动/转动能级相关。

外光路系统

拉曼激发光路模块

激光经过滤光片和透镜组，变成单色性好、准直性佳的光束，再经过聚焦透镜，聚焦成一个非常小的光点，精准打在样品表面。（类似用放大镜把光聚焦成一个小点后能点燃纸张，但此处是为了让光集中照射样品）

样品架设计

支持固体和液体样品的放置和移动，从而对特定的样品区域进行测试；

支持特殊的样品池，实现高温/电化学原位反应池。

XYZ三维移动平台配合设计的样品支架

实现样品的三维移动

拉曼收集光路模块

通过收集透镜或者物镜（一般和聚焦透镜是同一个），把样品散射出来的光（包括拉曼信号）收集起来，经过长通滤光片把最强的直接反射光（瑞利散射）过滤掉，只留下微弱的拉曼信号。再经过夹缝进入分光系统。

Q1 荧光干扰

某些物质（如生物样品）受激光激发自发荧光，掩盖拉曼信号。

A1 改用近红外激光（如785 nm）或表面增强拉曼技术（SERS）抑制荧光，提升拉曼信噪比。

Q2 热损伤控制

A2 激光功率优化，采用低功率激光或主动冷却系统（如液氮低温台）保护敏感样品。

Q3 空间分辨率提升

A3 共聚焦技术：通过针孔光阑限制检测区域，提高横向分辨率和轴向分辨率，适用于细胞级微观分析。