可实现指纹和手持式拉曼应用的光学滤波器

拉曼光谱仪是一种功能强大且用途广泛的分析工具,可以确定待测样品的分子组成。与显微镜相结合,可用于探索特定的细胞结构和功能。

拉曼光谱 是非接触,非侵入性的,不需要任何化学标签或样品制备。这些方面使它不仅在实验室而且在现场都成为无价的分析技术。

拉曼散射是由光子之间的能量转移和分子的振动模式定义的,这种情况发生在百万分之一的入射光子中。入射光子与分子之间的这种能量转移导致拉曼散射光子的波长相对于激发波长发生偏移。这种转变可能是“Stokes”转移到更长的波长和更低的能量,或者可能是“anti-Stokes”转移到更短的波长和更高的能量。

该事件发生的可能性很小,使得检测提供信息而又不易避免,来自主要瑞利散射光子信号的拉曼散射信号更具挑战性。 光学滤镜 在克服这一缺陷方面起着至关重要的作用。可以通过使用选择性滤光片来阻挡主要的瑞利散射光波长,从而仅透射拉曼散射光子,从而提供“信号更多,背景更少” to the detector.

然而,需要不同类型的滤光器以在不同应用和市场的商业(成本和供应)和技术(性能)要求之间取得平衡。

这有助于在具有较小截止值和陡峭斜率的滤波器之间实现平衡,以实现最新的技术性能,但成本较高。因此,另一类滤波器具有更低的成本,更大的角度公差和更大的截止值—有助于使用廉价的激光源和紧凑,经济高效的光学元件,用于低成本,大容量的仪器中,以清晰地检测分子—正在调查中。

细节事项—High-Precision Raman

已经发现,拉曼分析有可能找到各种未知化学物质如药物和药品的分子组成(及其假冒品)。在研究环境中至关重要的高精度分析实验室工具(如共焦拉曼显微镜)可用于观察特征拉曼光谱“fingerprints”化学种类。

然而,大多数细节使得鉴定该分子种类成为可能 涉及事件与拉曼散射光子之间的小能量交换。因此,至关重要的是要检测非常接近激光线波长的拉曼信号,以获取对此的访问。“fingerprint”拉曼光谱的区域。因此,这需要高度陡峭的边缘通过滤波器,并且需要精确的“cutoff”波长位置滤波。

“Cutoff”可以定义为以波数(cm−1)在50%的传输点和在激光线波长(OD)处的六个数量级的光密度阻挡之间>6 or <0.0001% of the laser line power). In this 指纹 region, crucial spectral information can be found within a 隔断 of 25–50 cm−1,它定义了在拉曼仪器中进行检测的需要。

这对滤光器制造商提出了各种挑战。首先,至关重要的是要设计一个具有足够陡峭的边沿斜率的滤波器,以在理论上实现如此低的截止值。为此,可能需要具有数百个或更严格控制的单个介电层的滤波器设计。

而且,即使以足够陡峭的边缘斜率设计和生产滤光片,波长均匀性和针对零件尺寸(通常在12.5 mm至25 mm范围内)的目标也给将制造工艺控制到这种波长水平提出了挑战以可制造,可重复的方式精确地实现实际性能。

是这个还是那个?手持式“In-Field” Raman

与其尝试从化学中检测完全未知的材料,要么尝试使用拉曼显微镜分析材料结构,拉曼’快速,无创地识别分子且无需样品制备的强大功能导致对手持/便携式拉曼分析设备的需求激增,这些设备旨在从较小的可能性库中识别分子。

此类便携式精密设备具有用于机场液体筛查等应用的小型台式仪器,带有手持式探针附件的仪器,用于对入库货物等入库货物进行码头到库存分析,以及可以快速检测,识别原始化学原料的手持式设备材料,非法药物,炸药,添加剂,宝石,兽药和农药残留。

提供所需的灵活性“real-world”在这种环境下,这类拉曼仪器必须具有以较宽的入射角(AOI)和潜在的非准直锥半角(CHA)扫描材料的​​能力。结果,这些仪器必须能够接受更高的波数和更高的检测拉曼信号截止值(滤波器的通带波长范围更宽),例如超过250 cm−1 从激光线。

通常,还需要扩展工作范围,这会将传输带推到更长的波长,例如,达到1420或1770 nm(由于与它们一起使用的Si检测器,实验室设备通常只能工作在300至1200 nm之间)。

这种较宽的运行条件带来了上述过滤之外的各种过滤挑战。尽管滤波器的复杂度相对于拉曼边缘通过的层数要少(由于较低的陡度),但它们必须具有受控的截止值,以便能够支持更宽的角度范围和更宽的使用范围和较深的阻挡范围。

此外,这些过滤器具有更高的成本效益,因为与使用实验室过滤器的仪器相比,使用这些过滤器的仪器成本略低,而且它们必须能够被动地组合到仪器中(也就是说,手动对准最少)。这是因为其结构庞大。

光学滤波器解决方案

显然,需要更广泛的光学滤波器解决方案来满足这些对相关但高度不同的市场应用的需求。

可实现指纹和手持式拉曼应用的光学滤波器

益瑞电推出了一系列 超陡(美国)长传边缘和“nano-edge” long pass filters (LPFs) to meet the demands of high-precision Raman instruments. 的 隔断 values of the 我们 LPFs range from 40 to 50厘米−1, while the 隔断 values of the “nano-edge”LPF从25到38厘米不等−1.

的se steep LPF filters are steep by nature, necessitating the system setup of the end-user to have stringent controls on AOI with a well-known laser line wavelength and a highly collimated input laser beam to take optimally leverage the low 隔断 values that these filters have been engineered to deliver.

可实现指纹和手持式拉曼应用的光学滤波器

广角长通滤镜 Iridian提供的(WA LPF)是客户所需的解决方案’AOI范围从0开始的设备和仪器°–2°,通过传输提供扩展的通带波长范围> 93%–95%, CHA of up to 5°,并具有更大的阻断波长范围,其中OD6阻断了此类设备的更宽工作范围。

 LPF types 激光线[nm] AOI范围[度] CHA [度] 隔断 [cm-1] 阻隔范围[nm] 通带发射> 93% Range [nm] 阻挡(光密度)
奈米 785 0 0 26 785 789-1200 OD 6
我们 785 0-1 0.1 40 785 790-1200 OD 6
西澳 785 0-2 5 105 650-786 792.5-1200 OD 6

 

通常,在拉曼探针和光谱仪系统中经常使用二向色滤光片。在这里,它们的作用是将激光反射到样品上,并与仪器中的第二个边缘滤光片结合用作第一个边缘滤光片。因此,在这种情况下使用的二向色性也必须覆盖用于接收信号的扩展传输频带。

在两种类型的拉曼系统中,都使用窄激光线滤波器来净化激发源,并防止任何次级峰影响待测样品。必须对这些窄带通滤波器进行工程设计,使其通过激光线,同时确保阻塞与所选边通滤波器的传输带对齐,以消除激光泄漏到检测路径中。

尽管有很多现成的标准过滤器解决方案,但至关重要的是要确保为正确的任务选择理想的过滤器,以提高技术性能并降低性能价格。通常,定制过滤器解决方案(或标准解决方案的个性化版本)可能是专门针对OEM仪器(体积从几十到数百个单位)的理想选择。

客户可以作为协作者或合作伙伴寻求光学滤波器供应商的帮助,以帮助设计和推荐针对特定需求的最理想解决方案,从而使优化和折衷方案得以尽早设计和考虑,这不仅节省了时间和金钱。而且还优化了拉曼信号输出。

此信息已从虹膜光谱技术提供的材料中获取,审查和改编。

有关此来源的更多信息,请访问 虹膜光谱技术.

引文

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  • 预约定价安排

    虹膜光谱技术。(2020, October 07). 可实现指纹和手持式拉曼应用的光学滤波器. AZoOptics. Retrieved on January 09, 2021 from //www.selec-iat.com/Article.aspx?ArticleID=1858.

  • 司法协助

    虹膜光谱技术。"可实现指纹和手持式拉曼应用的光学滤波器". AZoOptics. 09 January 2021. <//www.selec-iat.com/Article.aspx?ArticleID=1858>.

  • 芝加哥

    虹膜光谱技术。"可实现指纹和手持式拉曼应用的光学滤波器". AZoOptics. //www.selec-iat.com/Article.aspx?ArticleID=1858. (accessed January 09, 2021).

  • 哈佛大学

    虹膜光谱技术。2020. 可实现指纹和手持式拉曼应用的光学滤波器. AZoOptics, viewed 09 January 2021, //www.selec-iat.com/Article.aspx?ArticleID=1858.

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