李白诗词鉴赏-运动会总结报告

物镜和共焦孔径对激光显微拉曼光谱的影响
汪涓涓，林怡，余靓，刘文涵*
（浙江工业大学化学与材料工程学院，浙江杭州310014）

摘要：采用不同的 光学物镜与选用不同的共焦孔径对显微激光拉曼光谱的检测，将会产生不
同的影响。本文考察了20、5 0、100倍三种不同倍数的物镜，与50-1000 μm共焦孔径配合
时对拉曼光谱的影响。结果表 明，100倍物镜采集的拉曼光谱信号的信噪比高于20倍和50
倍的物镜。在非“光学切片”断面测定 时，使用100倍物镜与300 μm-400 μm共焦孔径配合
使用，可以得到相对较好的拉曼光谱信号。
关键词：物镜，共焦孔径，激光显微拉曼光谱，信噪比
中图分类号：O657.37 文献标识码：A

Effect of object lens and Hole on the Laser Raman spectra
(College of Chemical Engineering, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 30014, )

WANG Juan-juan, LIN Yi, YU Jing, LIU Wen-han
*
Abstract： There were different effects on the Laser Raman spectra when we used the different
object lenses and holes. The effects of three different object lenses such as 20、50、100 times and
the holes from 50 to 1000 μm on the laser Raman spectra have been studied when they collected
the signals. It showed that the signal noise ratio (SNR) of 100 times object lens was better than the
20 and 50 times’. In non-optical sections detect, use the 100 times object lens and the hole of
300-400 μm would get better Raman signal.
Key word：object lens, Hole, Laser Raman spectra, SNR


前言
激光显微拉曼光谱仪是一种新型的无损检测仪器，可以进行 微区分析
[1]
，亦用于固体、
液体、塑料薄膜等多种形态的无机材料和有机物质的结 构组成分析，与红外光谱有着一定的
互补性
[2-3]
。近十年来，由于拉曼光谱仪商 品化和以其性能日益提高，拉曼光谱仪的研究和
应用得到迅猛的发展。
共焦显微术已在拉曼光 谱分析中广泛应用。它不但可以观测样品同一层面(平面)内不同
微区的拉曼光谱信号，还能分别观测样 品内深度不同的各个层面的拉曼信号，从而在不损伤
样品的情况下达到进行“光学切片”的效果。共焦显 微拉曼谱，在表面物理、电化学、半导
体、纳米结构、薄膜材料等诸多研究领域都已成为重要的一种观测 手段
[4]
；对于生物样品的
观测
[5]
，矿物或宝石内包裹体的无 损检测
[6]
，刑侦物证的分析
[7]
，以及古代文物特别是书法

收稿日期：2009-8-20；修订日期：
基金项目：本文系浙江省重中之重学科开放基金（No 20050505）和浙江省分析测试基金(2007F70007)资助
第一作者简介：汪涓涓（1979 -），女，助理工程师，在读研究生（导师刘文涵教授）。*通讯联系人 E-mail:
LiuWH@

绘画和某些器物涂覆层的分层鉴定研究
[8]
，也起着举足轻重的作用。在进行“光学切片”断
面检测时，采用不同的光学物镜和选用不同的共焦孔径 将会产生不同的效应，为了考察不同
的物镜和不同的共焦孔径对显微激光拉曼光谱的影响，本文进行了研 究。

1 实验部分
1.1仪器与试剂
LabRAM HR UV激光共焦显微拉曼光谱仪（法国 Jobin Yvon）。激发光源：785.18 nm
近红外 半导体激光器；光栅刻线数：600线mm。物镜：100X0.90，50X0.75，20X0.40，10X0.25，L50X0.55显微物镜；共焦孔径(hole)：50-1000 μm；光信号采集时间：2s。样品：
单晶硅片。
1.2 实验方法
将硅片放在激 光拉曼光谱仪的置物台上，选择好所需的物镜，共焦孔径，信号采集时
间等数据。通过电脑显示屏的影像 窗口调整使激光聚焦于硅片表面，采集各种不同条件下拉
曼光谱图。
2 结果与讨论
2.1不同物镜倍数与拉曼光谱图的影响

采用相同共焦孔径300 μm，不同的物 镜倍数，采集的拉曼光谱如图1所示。从图1中
可看出，测得的拉曼光谱强度物镜50倍的比20倍的强 度大，但基线较高，背景噪声大。100
倍物镜对应的拉曼光谱噪声低，峰形好。这是因为100倍物镜 数值孔径(Numerical Aperture)
比50倍物镜和20倍物镜的都要大。显微物镜的 数值孔径大，通光量大，不仅可以提高空间
分辨率，还能增大其收集拉曼散射信号的立体角。
3000
2500
I
n
t
e
n
c
i
t
y

(
c
n
t
)
2000
1 500
*50
1000
500
*20
*100
0
4
-1
800
Raman shift (cm)

图1 不同物镜倍数对拉曼光谱的影响图
注：共焦孔径300μm，物镜20，50，100倍
Fig 1. the Raman spectra of object lenses with 20, 50, 100 times, hole 300 μm

2.2 不同共焦孔径对拉曼光谱的影响

1200
1000
300
500
100
*100
800
I
n
t< br>e
n
c
i
t
y

(
c
n< br>t
)
400
1000
500
0
300
100
500
Raman shift (cm)
-1

图2 不同共焦孔径对拉曼光谱的影响
注：物镜100倍，共焦孔径100，300，500，1000μm，样品：单晶硅片
Fig 2. the Raman spectra of hole 100, 300, 500, 1000 μm, the 100 times object lens

图 2是不同的共焦孔径对拉曼光谱的影响图，从图中可以看出，拉曼光谱的强度随着共
焦孔径的加大而逐渐 增强，但同时其噪声也在逐渐增高。其原因是：随着共焦孔径的增大，
通过光阑进入检测器的拉曼光信号 在逐渐增加，所以拉曼光谱的强度随之增加；但是，共焦
孔径增大后，进入检测器的干扰光也随之增强， 因此噪声也逐渐增高。

图3是选用不同的共焦孔径对拉曼光谱的影响关系图，从图3中可以看 出拉曼信号强度
随着共焦孔径的增大而增大，在300 μm以上时，基本趋于稳定达到最大值，这是由于聚焦
后的光斑几乎完全通过共焦孔径，当小于300 μm有部分被阻挡而减弱。用50倍物镜所得
到的拉曼光谱的峰高比100倍物镜得到的峰高要高出许多 ，但从图1中可以看到50倍物镜
所得拉曼谱图的基线要比100倍物镜的拉曼谱图的基线高得多，而且 基线波动很大，噪声高，
这是由于其固有的物镜的数值孔径决定的。
100
50
20
1800
1600
1400
1200P
e
a
k

H
e
i
g
ht
1000
800
600
400
200
0
01 000
Hole(
μ
m)

图3 拉曼光谱峰高与不同共焦孔径关系图
注：物镜20，50，100倍
Fig. 3 the Raman spectra of different holes

实验结果表明 ，当进行非“光学切片”测定时，选择100倍显微物镜和选择300-400 μm
的共焦孔径，拉曼 光谱信号相对较强，且噪声不是很高，这样可以提高测定结果的准确性与
可信度。当进行“光学切片”断 面测定时不能选择“大孔经”，具体选用哪个物镜和多大的
孔经应根据实际测定的情况进行选择。
3 结论
经过选择不同的物镜和共焦孔径对显微激光拉曼光谱影响的研究，表明100倍物镜 所得
到的激光显微拉曼光谱信噪比高，50倍物镜次之；在非“光学切片”断面测定时，共焦孔
径使用300-400 μm的共焦孔径得到的拉曼光信号强且背景干扰光对拉曼信号的影响相对较
小。
参考文献
[1] 施玉珍，陈志春，林贤福. 拉曼光谱与红外光谱无损检测技术新进展[J]. 分析化学，2005，
33(2)：272-276。
[2]
Ian R. Lewis, Howell G.M. Edwards. Handbook of Raman spectroscopy: from the
research laboratory to the process line. New York : Marcel Dekker, c2001
[3] J. Michael Hollas. Modern Spectroscopy (fourth edition)[M]. England : Wiley, c2004。
[4] 骆智训，方炎. 表面增强拉曼散射光谱的应用进展[J].光谱学与光谱分析，2006，2 6(2)：
358-364。
[5] 周增会，王桂英，徐至展. 表面增强拉曼光谱术在生命科学及单分子研究中的应用与进
展[J]. 激光与光电子学进展，2005，42(10)：9-13。
[6] 范建良，郭守国，刘学良等.拉 曼光谱在红宝石检测中的应用研究[J].应用激光，2008，
28(2)：150-154.
[7] 王志勇，邹洪，叶能胜等.油墨的分析鉴定研究进展[J]. 分析科学学报，2008，24(6)：
713-717。
[8] 田兴玲，周霄，高峰.无损检测及分析技术在文物保护领域中的应用[J]. 无损检测，2008，
30(3)：178-182。

联系人：
姓名：刘文涵
工作单位：浙江工业大学化材学院，310014，浙江省杭州市下城区潮王路18号
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