《探索微观世界的“光之道”：拉曼光谱仪独特光路解析》

摘要：依据分光方式的不同，手持拉曼光谱仪可分为光栅色散型拉曼光谱仪和干涉型拉曼光谱仪（即傅里叶变换拉曼光谱仪）。现阶段，光栅色散型拉曼光谱仪凭借技术成熟度和检测灵敏度等综合优势，在市场中占据主流地位。国仪光子的ATR6600 1064nm手持式拉曼光谱识别仪，便是基

在当下的工业应用与科研范畴中，拉曼光谱技术凭借其独特优势彰显着重要价值

依据分光方式的不同，手持拉曼光谱仪可分为光栅色散型拉曼光谱仪和干涉型拉曼光谱仪（即傅里叶变换拉曼光谱仪）。现阶段，光栅色散型拉曼光谱仪凭借技术成熟度和检测灵敏度等综合优势，在市场中占据主流地位。国仪光子的ATR6600 1064nm手持式拉曼光谱识别仪，便是基于拉曼光谱技术研发的高性能设备。接下来，我们将深入剖析其核心——光路系统的结构与原理。

手持拉曼光谱仪光路系统的构成

手持拉曼光谱仪主要由激发光源、外光路、内光路、探测器和控制系统构成。其中，光路部分涵盖外光路和内光路。外光路通常指样品光路，而样品光路之后的则为内光路。

外光路：激发与收集的关键环节

外光路的作用与设计考量

外光路承担着多重关键任务。其一，要尽可能提高激发光在样品上的功率密度，并收集更多的散射光。国仪光子的ATR6600采用激光光源，提升了亮度并增大激光功率，同时借助光学显微镜作为样品外光路的一部分，对激光进行聚焦，有效提高了样品表面的激发光功率密度。其二，要最大程度减少光谱仪收集到的杂散光强度。可通过提高激发光源的单色性、增加前置滤波器（如全息陷波片）减少除主频以外的辐射，以及增加分光光路的色散来抑制瑞利散射，但这也会在一定程度上削弱拉曼散射。此外，外光路还需为样品提供适宜的放置位置和环境条件。

外光路的分类与特点

外光路可分为近场光学外光路和远场光学外光路。近场光学聚焦于光源与探测器之间距离小于光的波长范围内的光学现象和应用。而远场光学则是在光源与探测器之间的距离远大于光的波长时的光学研究，在远场光学中，光按照传统光学规律直线传播，遵循经典的几何光学和波动光学原理，常见的光学成像系统（如相机成像）大多基于远场光学。

远场光学外光路的设计与优化

远场光学外光路的主要目标是产生高强度的激发光场和收集大量的散射光，同时尽量降低光谱仪接收到的杂散光强度。通常采用两个相互垂直的柱面镜组合，将入射光聚焦为矩形光斑，以匹配入射光的光束形状。为满足不同实验需求，根据激光入射方向和散射光收集方向的夹角，设计了多种收集光路，如直角90°散射光收集（适用于透明样品）、前向散射光收集（适用于透明样品）、斜入射和散射光收集、单向背散射光收集、双向背散射光收集等。国仪光子的ATR6600为实现激光聚焦、散射光有效收集以及样品放置的要求，采用光学显微镜作为远场光学外光路。对于杂散光的处理，通常在内光路前设置滤波片或滤波器。滤波片是利用干涉原理制成的多层膜结构薄片，结构简单且成本较低，但只能阻挡单一波长的光，常需多片组合使用；滤波器本质是色散相减型的单色仪，其滤波波长范围可调。另一种方法是采用相同孔径角的收集镜和分光计的准直镜，可显著降低杂散光的干扰，但分光计准直镜孔径角比收集镜孔径角更小时，虽接收到的杂散光更少，但收集到的散射光也会减少。

内光路：分光与聚焦的核心环节

内光路的功能与组成

内光路的核心是分光计，其主要功能是分光，能将不同频率（波长）的散射光分散开来，形成按频率（波长）依次排列的光谱。常用的分光元件是光栅或棱镜。分光计还具有聚焦功能，可将分散后的不同波长的光有效聚焦到探测器上，使探测器能准确接收各个波长的光信号，常用的探测器是CCD（电荷耦合器件）。

分光元件的特性与选择

分光元件是分光计的核心，通常为棱镜或光栅。棱镜分光是基于不同波长的光在棱镜中的折射率不同实现光的色散，但棱镜的色散能力较弱，分辨率较低。而光栅分光基于衍射和干涉原理，光栅表面刻有密集且等间距的狭缝，不同波长的光通过狭缝时，因光程差不同，会在聚焦面上形成大量明暗相间的条纹，不同波长的光具有不同的衍射角，从而实现分光。光栅具有较好的色散能力，能提供更线性的色散，分辨率更高，因此现代手持拉曼光谱仪普遍采用光栅作为分光元件。

光栅分光计的类型与特点

光栅分光计可分为单光栅分光计、双光栅分光计和三光栅分光计。单光栅分光计结构简单、体积小巧、操作方便、测试速度快，但光谱覆盖范围较小，分辨率较低。双光栅分光计包含两个光栅，结构相对复杂，体积较大，操作也较为复杂，但能提供更宽广的光谱覆盖范围和更高的分辨率。双光栅分光计又分为色散相加型和色散相减型。色散相加型双光栅分光计的两个光栅衍射方向大致相同，经过两次色散叠加，光谱的分辨率更高，覆盖范围更大，但光的能量损失较大，光谱强度会下降，需要更强的激发光源来补偿。色散相减型双光栅分光计的两个光栅色散方向相反，两次色散相互抵消一部分，光能量损失小，适合光强度较低的光源，但其色散程度较小，分辨率较低，光谱范围也较窄，不过可以通过调节两个光栅的参数，抵消掉不需要的光。

行业应用

国仪光子的ATR6600 1064nm手持式拉曼光谱识别仪在多个行业具有广泛应用。基于1064nm激发光本身的超高荧光抑制效果，特别适用于高荧光产品的检测。整机尺寸极小，不到1.2kg，携带极为便捷，可用于海关、公安、实验室、车间、仓库、码头等现场，对毒品、易制毒化学品、爆炸物、珠宝玉石、原料等物品进行快速识别。同时，还可用于对食品中的添加剂、农药残留、兽药残留等进行快速检测识别，在公共安全、食品安全、制药安全等领域发挥着重要作用。

技术优势

ATR6600内置先进的拉曼光谱识别算法，可对物质进行无差别检测，轻松实现物质识别，同时用户还可以添加自己的谱图数据。采用Android系统，界面简洁明了，配备5.5英寸高清屏幕，采用高清双摄像头1300万 + 800万，可随时记录检测现场，内置WIFI、蓝牙、GPS等模块，操作简单且智能化程度高。国仪光子还将为用户提供全面的技术支持和服务，如谱图库的建立、方法和验证、IQ/OP/PQ认证支持等，让用户在使用过程中更加安心。