名師講堂第16期精彩問答集錦
問：劉老師針對拉曼光譜對氣體的測量部分有研究嗎，如果想要測量氣體，應(yīng)該如何取樣?
答：我做過中紅FIIR測量氣體的吸收光譜多一些，測過氣體的拉曼散射光譜比較少。依據(jù)我測量氣體的紅外光譜和拉曼光譜的經(jīng)驗來講，一般有大小不同容量的氣體池，如果用2-3毫升小氣體池，可以用帶針頭的注射器將所要測量的氣體注射到該氣體池內(nèi)，然后進行封閉。如果用100-200 毫升的氣體池的話，因這樣尺寸的氣體樣品池都會有帶開關(guān)的進氣口和出氣口，可以用氣泵將所要測量的氣體輸送到該氣體池中去。用這樣的樣品池，可以在氣體流通的情況下進行測量，也可在通過一段時間的氣體后，將進氣口和出氣口閥門同時關(guān)閉，做靜態(tài)的測量。由于我用的是收集散射光效率很高的大孔徑比鏡頭，和比較大的激光功率，還是能測量出一些氣體的拉曼散射信號，例如CO2、O2、和N2等。
問：用拉曼光譜進行氣體測量，選擇多反射的氣室，然后先進行靜態(tài)氣體的矯正，然后再進行一個在線的測量，讓氣體流通，這樣是否可行？
答：選擇用帶光束多次反射裝置的氣體池，用拉 曼光譜進行定量測量時，一般都要進行靜態(tài)氣體矯正的，然后進行對樣品的測試就行，根據(jù)氣體特征峰強度比就可以定量。例如空氣中的氮氣強度歸一化，氧氣，二氧化碳，水蒸氣等的強度和氮氣峰強度比就可以定量。也可以讓氣體在流通的情況下，進行實時在線測量。
問：請問劉老師，你們進行時間門控采集拉曼的時候，控制系統(tǒng)是如何控制單光子計數(shù)系統(tǒng)開啟與關(guān)閉的，另外完成一次時間門控拉曼采集需要多長時間呢？
答：圖1. 所示是由皮秒級脈沖激光、皮秒級高靈敏度單光子陣列傳感計數(shù)器（SPAD）、皮秒級高精度的時間門控延時電路和多道光譜儀及其電子控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等部件組成的時間門控拉曼光譜儀原理圖。
圖1. 時間門控拉曼光譜儀的原理圖
由皮秒激光器發(fā)出的脈沖激光，經(jīng)過光學(xué)分束器，一束激光射入待測樣品上，光與該樣品發(fā)生相互作用后，樣品發(fā)出的散射光由光收集透鏡收集，經(jīng)帶阻濾波器消除大部分彈性散射光后，將拉曼散射光傳輸至拉曼單色器系統(tǒng)中進行分光后，經(jīng)過能量色散的拉曼信號照射到SPAD光電探測器上，另一部分激光進入光電二極管，光電二極管的信號進入由計算機控制的皮秒級高精度的時間門控延時電路和電子控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實現(xiàn)同步精準(zhǔn)激發(fā)和數(shù)據(jù)采集。當(dāng)拉曼信號將要進入SPAD光電探測器時，計算機控制的延時發(fā)生器發(fā)出信號讓SPAD光電探測器的快門打開，讓拉曼散射光進入SPAD光電探測器進行檢測與記錄控制。隨著時間的推移，當(dāng)熒光即將發(fā)生時，計算機控制的延時發(fā)生器發(fā)出信號讓SPAD光電探測器的快門立刻關(guān)閉。從而實現(xiàn)利用時間門控技術(shù)，把較弱的拉曼光譜信號從強熒光背景或束縛電子發(fā)出的熒光峰出現(xiàn)前及時提取出來，從而達到把熒光拒之在時間門外的目的。
完成一次時間門控拉曼采集需要多長時間與樣品發(fā)出的拉曼信號強弱有關(guān)。例如在激光功率輸出在10mW時，可以在數(shù)十秒中內(nèi)完成單晶硅的拉曼光譜測試工作。
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