显微拉曼光谱仪说明书

显微拉曼光谱仪：从基础架构到高阶应用指南

在现代精密表征实验室中，显微拉曼光谱仪（Micro-Raman Spectroscopy）凭借其非破坏性、化学指纹特性以及微米级的空间分辨率，已成为材料科学、半导体及生命科学研究的核心工具。该技术通过将光学显微镜与拉曼光谱仪耦合，实现了对微小区域（微米量级）的定性定量的化学成分与结构分析。

核心工作原理与共焦系统

显微拉曼的核心在于单色激光与样品的相互作用。当激发光照射到样品表面时，绝大部分光发生弹性散射（瑞利散射），仅有约千万分之一的光发生能量转移，即非弹性散射（拉曼散射）。通过共焦光路设计，系统能够利用共焦孔有效滤除焦平面外的杂散信号，从而在三维空间内实现对样品的剥离采样。这种深度分辨能力，使得研究人员可以在不切片的情况下，分析透明样品内部的包裹体或多层薄膜结构。

关键技术指标参数

为了更直观地评估一台显微拉曼光谱仪的性能，下表列出了实验人员在选型与使用时关注的核心参数：

激发波长选择与荧光策略

在实际操作中，激光器的选择直接决定了实验的成败。532nm 激光由于能量较高且散射效率高，是碳材料、半导体、氧化物等无机材料的首选。对于生物组织、聚合物或带有杂质的矿物，强烈的荧光背景往往会掩盖拉曼信号。

此时，选择 785nm 或 830nm 等近红外激光能有效降低光子能量，规避多数电子能级的跃迁，从而荧光。但在近红外波段，拉曼散射强度（与频率的 4 次方成正比）会显著下降，因此对探测器的量子效率及系统的稳定性提出了更高要求。

空间分辨率的优化路径

显微拉曼的优势在于“微”。通过高倍率、高 NA 值的空气物镜或油镜，激光光斑可聚焦至衍射极限。在分析碳纤维、微纳光电器件时，通过调整共焦孔径的大小，可以在信号强度与空间细节之间找到平衡点。值得注意的是，样品表面的平整度与激光偏振态也会影响光谱的准确度，尤其是在晶体取向分析与应变测算中，精确控制偏振方向是获取高质量数据的必要前提。

多维成像与工业应用场景

随着自动化位移台精度的提升，拉曼成像（Raman Mapping）已成为主流。通过在 X-Y 平面进行网格化扫描，可以获得化学组分的空间分布图。

1. 半导体行业：用于硅基器件的应力分布检测、SiC 晶圆的位错分析及掺杂浓度评估。
2. 新能源领域：原位（In-situ）分析锂电池电极材料在充放电过程中的物相演变。
3. 药学研究：分析药物制剂中活性成分（API）与辅料的分布均匀性，监测晶型转变。
4. 地质矿物：鉴定包裹体成分，通过特征峰位判定成岩压力环境。

在实验室日常维护中，定期使用硅片 520.7 cm⁻¹ 的特征峰进行波数校准是保障数据可靠性的基础。针对不同样品表面，合理设定激光功率以避免热损伤（烧样），是每一位分析师必须恪守的操作准则。随着全自动智能化算法的引入，未来的显微拉曼将向着更快的扫描速度与更强的背景扣除能力方向持续演进。