拉曼散射、瑞利散射、数字光谱仪
GCS-LMSP 空间激光拉曼光谱测量实验
拉曼光谱是分子或凝聚态物质的散射光谱，入射光是强单色光，散射光除含有频率未变的光（称瑞利散射）外，还含有相当弱的有频率增减的光，其中带有散射体结构和状态的信息。
在凝聚态物理学中，拉曼光谱是取得结构和状态信息的重要手段，因此拉曼光谱在科学研究和国民经济各领域得到广泛的应用。
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激光拉曼光谱测量实验实物图
♦ 知识点
拉曼散射、瑞利散射、数字光谱仪
♦ 涉及课程
光谱检测、工程光学
♦ 实验内容
• 光谱仪的使用说明
• 液体样品拉曼光谱测量光路搭建
• 固体样品拉曼光谱测量光路搭建
• 拉曼光谱测量
♦ 实验原理
光子和分子之间在碰撞时发生了能量交换，这不仅改变了光子的运动方向，也改变了其能量，使散射光频率与入射光频率不同，这种散射在光谱上称为拉曼散射，拉曼光谱是分子或凝聚态物质的散射光谱，入射光是强单色光,散射光除含有频率未变的光（称瑞利散射）外，还含有相当弱的有频率增减的光，其中带有散射体结构和状态的信息。
在拉曼光谱图中有三种线，中央的是瑞利散射线，频率为υ0，强度最强；低频一侧的是斯托克斯线，与瑞利线的频差为Δυ，强度比瑞利线的强度弱很多，约为瑞利线的强度的几百万分之一至上万分之一；高频的一侧是反斯托克斯线，与瑞利斯托克斯线的频差亦为Δυ，和斯托克斯线对称的分布在瑞利线两侧，强度比斯托克斯线的强度又要弱很多，这两种都为拉曼光谱。
♦ 实验结果
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| 乙醇拉曼光谱图 | 四氯化碳拉曼光谱图 |
♦ 技术指标
• 同轴框架结构：高精度不锈钢杆主体框架模块，杆间距30mm，杆数量4根；三维转接多节点模块；同轴框架搭载可调节Φ25.4mm反射镜座、可旋转波片架、可旋转立方座、二维平移精密镜架等支撑夹持调节架；
• 固体激光器：中心波长532±0.5nm，线宽＜0.1nm，输出功率 0~500mW可调，横模分布TEM00，内置TEC温度制冷，内置PD和热敏电阻，激光功率稳定性 ≤3% P-P(@2hrs)；
• 数字光谱仪：测量光谱范围400-1000nm，分辨率1nm，拉曼光谱范围200cm-1～4000cm-1，USB2.0数字通信，光纤接口SMA905，增益可调，输出接口SMA905；
• 介质膜反射镜组件：二维可调，Φ25.4mm，R>98%@532nm；
• 二向色分光片组件：反射角度可调，380-535nm高反&565-800nm高透；
• 长工作距物镜：20×，长工作距平场设计，数值孔0.4，工作距离5.889mm，焦距f 8.126mm；
• 透镜组件：xy二维可调，口径Φ25.4mm，焦距f50.8mm，400-850nm增透；
• 长波通滤色片：滤除532nm激光，截至波长200-535nm；
• X、Y平移组件：二维移动行程25mm，系统分辨率1μm，最小读数10μm，台面65×65mm；
• 石英波片组件：工作波长532nm，相位延迟λ/2@532nm；
• 导光光纤：铠甲封装，石英，芯径300um，光纤接口SMA905，长度1.5m，工作波长200-2000nm；
• 软件模块：包含常规光谱及拉曼光谱采集模块，软件可以设置积分时间和平均次数，光谱范围设置，可以对光谱预处理，如数据平滑、背景扣除、谱峰检测等；能复制或导出当前谱图数据，包括pdf、CSV文件等文件格式；
• 透射测试组件：可安装圆形或者方形器皿，用于测量乙醇等液体样品；
• 掀盖式激光安全防护机箱：外形尺寸760x450x300mm，外表面白色烤漆美观处理，内表面黑色吸光漆面处理，一体式底座板牢固稳定，提供25mm间距标准M6螺孔阵列，方便安装固定内部光路系统。
♦ 设备成套性
数字光谱仪组件、532固体激光光源组件、反射镜组件、透射平台测试组件、光谱采集软件、实验讲义
♦ 必备设备
计算机
♦ 建议课时
2课时
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