时间分辨拉曼散射特征谱线仪

摘要

针对常规拉曼光谱仪存在荧光背景干扰、时间分辨率低以及痕量分析检测速度较慢的问题，本发明提出一种新的时间分辨拉曼散射方法及装置--时间分辨拉曼散射特征谱线仪。它采用高增益、快响应速度的多元条形硅光电倍增探测器(SiPM)作为光探测器，结合时间相关单光子计数(TCSPC)方法测量拉曼信号，具有皮秒量级的时间分辨率以及单光子计数探测灵敏度。本发明既可以作为拉曼散射特征谱线仪单独使用，即利用拉曼散射的特征谱线同时快速判别多种物质成分是否存在于样品中，或利用光栅单色仪扫描测量样品的完整拉曼光谱，准确鉴别物质成分，也可以在现有拉曼光谱仪基础上作为其功能扩展模块用于提高其时间分辨率，削减荧光背景干扰，提高信噪比和检测速度。

主权项

一种时间分辨拉曼散射特征谱线仪，由脉冲激光器、拉曼散射光路、光栅单色仪、光探测器、信号采集与处理电路以及计算机测控软硬件组成，其特征是：所述光探测器由分离或单片集成的2个至1024个条形SiPM单元组成，采用时间相关单光子计数方法测量拉曼散射信号，由脉冲激光器的同步输出或能够被激光照射的高速光电二极管的输出作为一个拉曼散射事件的开始信号，对应待测物质成分各特征谱线的SiPM单元的输出作为停止信号，当开始与停止信号的时间差落在50皮秒至10纳秒以内时，测量并记录一个有效的拉曼光子计数，每个特征谱线或每个波长步距累计测量和记录的有效拉曼光子数需达到100个以上，以减小统计涨落带来的误差，满足测量精度要求，当开始与停止信号的时间差为10纳秒以上时，忽略拉曼光子计数。