直播時(shí)間：2021年9月27日 9:00-11:00

　　報(bào)告題目：拉曼散射基本原理與分析應(yīng)用、及其新技術(shù)發(fā)展與展望（中）

　　報(bào)告摘要：

• 分享拉曼散射的原理與特征，在功能材料中光譜變化特征，理解功能材料微觀不均勻性對(duì)宏觀物性的影響，及鐵電相變、和磁電耦合互相作用物理機(jī)制。

• 探討在拉曼光譜儀的基本原理及其性能指標(biāo)設(shè)計(jì)與檢驗(yàn)方法基礎(chǔ)上，運(yùn)用數(shù)字化的光譜分析方法實(shí)現(xiàn)對(duì)物質(zhì)定性、定量和定位分析。

　　參會(huì)指南

　　1.掃描上方二維碼，根據(jù)提示正確填寫單位、姓名、手機(jī)、郵箱；

　　2.成功報(bào)名后即可收到短信通知，會(huì)議當(dāng)天您將再次收到直播提醒，點(diǎn)擊鏈接，輸入報(bào)名手機(jī)號(hào)，即可參會(huì)；

　　3.講課視頻能否回放，取決于授課嘉賓是否同意。建議在線收聽(tīng)，以獲取課程全面信息，并方便與授課嘉賓進(jìn)行實(shí)時(shí)交流。

　　“名師講堂”系列：

　　聚焦分子光譜、光電探測(cè)、高光譜與影像、超快光譜等前沿技術(shù)在材料、生醫(yī)、能源科學(xué)等熱門領(lǐng)域的前沿發(fā)展與應(yīng)用，卓立漢光邀請(qǐng)行業(yè)內(nèi)專家學(xué)者以網(wǎng)絡(luò)在線形式進(jìn)行學(xué)術(shù)探討與交流，為光電技術(shù)科研工作者建立全新、開(kāi)放的學(xué)習(xí)與交流平臺(tái)。

 闡述熱門應(yīng)用，了解新型材料，本次報(bào)告將分為兩個(gè)章節(jié)涉及高壓拉曼光譜、新型硒化銻薄膜太陽(yáng)能電池測(cè)試兩大細(xì)分領(lǐng)域。學(xué)科有邊界，知識(shí)無(wú)邊界，即刻報(bào)名，與光電名師面對(duì)面交流！

2020年12月17日上午9:00-11:00，卓立漢光邀請(qǐng)兩位專家：四川大學(xué)原子與分子物理研究所雷力老師及深圳大學(xué)物理與光電工程學(xué)院陳爍老師為大家做分享，您將有如下課程收獲：

報(bào)告題目一：高壓拉曼光譜在物質(zhì)科學(xué)研究中的應(yīng)用

◆ 介紹高壓拉曼光譜在物質(zhì)科學(xué)研究中的原理、基本方法；

◆ 分享拉曼光譜在研究高壓條件下的物質(zhì)行為的典型應(yīng)用；

報(bào)告題目二：新型硒化銻薄膜太陽(yáng)能電池研究

◆ 分享磁控濺射工藝制備Sb2Se3薄膜太陽(yáng)能電池的方法；

◆ 討論如何克服載流子產(chǎn)生及傳輸受限問(wèn)題，從而提高Sb2Se3薄膜太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率的方法；

◆ 分享提高薄膜電池有效摻雜濃度、降低器件界面載流子復(fù)合的典型方法；

參會(huì)指南

信息填寫：

單位、姓名、手機(jī)填寫正確，方便會(huì)前通知，避免錯(cuò)過(guò)直播；

參會(huì)方式：（手機(jī)電腦均可參會(huì)）

報(bào)名信息填寫完成后，會(huì)務(wù)組進(jìn)行相關(guān)審核。審核通過(guò)后，您將收到通知。未按規(guī)定格式和內(nèi)容填寫相關(guān)信息欄目的報(bào)名流程，恕不予以審核。會(huì)議當(dāng)天您將收到信息提醒。點(diǎn)擊鏈接，輸入報(bào)名手機(jī)號(hào)，即可參會(huì)。

會(huì)議資料：（會(huì)后視頻）

講課視頻能否回放，取決于授課嘉賓是否同意。建議在線收聽(tīng)，以獲取課程全面信息，并方便與授課嘉賓進(jìn)行實(shí)時(shí)交流。

“名師講堂”系列ZT會(huì)

系列ZT會(huì)議將聚焦拉曼光譜、熒光光譜、光電探測(cè)、高光譜與影像、激光誘導(dǎo)等離子體等前沿的產(chǎn)品與技術(shù)，并針對(duì)材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)、食藥環(huán)偵、能源冶金礦物等目前相關(guān)熱門的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行深入探討。主辦方將邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)外光電行業(yè)的專家學(xué)者，以網(wǎng)絡(luò)在線的形式開(kāi)展授課與講座。參會(huì)來(lái)賓可以通過(guò)視頻、音頻、文字等多種方式與授課嘉賓進(jìn)行學(xué)術(shù)探討與實(shí)時(shí)交流。

本系列ZT會(huì)議，將切實(shí)致力于為國(guó)內(nèi)外光電技術(shù)科研工作者及專業(yè)技術(shù)人士建立一個(gè)全新的學(xué)習(xí)和交流平臺(tái)。 

貝塞爾光束從其被發(fā)現(xiàn)開(kāi)始，由于其比光學(xué)中典型的高斯光束具有特殊的優(yōu)勢(shì)，擁有獨(dú)特的無(wú)衍射和自恢復(fù)特性，引起了科學(xué)界極大的興趣。這些特性也就意味著光束在被物體部分阻擋后可進(jìn)行自我重建。由于這些獨(dú)特性，貝塞爾光束在光學(xué)鑷子、顯微鏡、光譜學(xué)和通信應(yīng)用方面有很大的潛力。然而由于其依賴于空間光元件，并且在滿足定制光束參數(shù)的需要方面受到限制，因此在實(shí)際的科學(xué)實(shí)驗(yàn)中要產(chǎn)生貝塞爾光束是十分具有挑戰(zhàn)性的。如今，借助于Nanoscribe的雙光子聚合技術(shù)可直接在光纖上打印新型光子結(jié)構(gòu)，使其產(chǎn)生零階和渦流貝塞爾光束。

在光纖上打印微納光子結(jié)構(gòu)
以產(chǎn)生零階和渦旋貝塞爾光束

貝塞爾光束的特殊性使其成為各種光學(xué)應(yīng)用（例如通信、光誘捕和成像等）最 佳選擇。如果你看到貝塞爾光束的橫截面，你會(huì)發(fā)現(xiàn)一組同心圓或圓環(huán)，與典型的高斯光束相比，光束的最內(nèi)圈可以在更長(zhǎng)的延伸范圍內(nèi)保持聚焦。即使貝塞爾光束被一個(gè)物體部分阻擋，光束在穿過(guò)該物體后能夠進(jìn)行自我重建。然而，要將圓形光束轉(zhuǎn)化為若干環(huán)形，需要特殊的光學(xué)器件，如錐狀折射材料axicon或全息光束整形方法。為了克服這些方法所需的空間光元件的限制，基于光纖的貝塞爾光束發(fā)生器應(yīng)運(yùn)而生。但是，當(dāng)涉及到調(diào)整光束參數(shù)時(shí)，這些基于光纖的解決方案卻是有限的，并且只提供零階貝塞爾光束的生成。來(lái)自沙特阿拉伯阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)的科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了一種新的方法來(lái)制造一個(gè)由堆疊的微光元件組成的光子結(jié)構(gòu)。他們將該結(jié)構(gòu)直接3D打印在光纖面上，以實(shí)現(xiàn)從光纖生成零階和渦流貝塞爾光束。 

基于光纖的貝塞爾光束發(fā)生器的設(shè)計(jì)由三個(gè)元素組成，用于對(duì)齊單模光纖輸出的高斯樣光束，并將其轉(zhuǎn)化為貝塞爾光束。這些微光學(xué)元件是使用Nanoscribe的2PP打印技術(shù)在光纖面上一次性3D打印出來(lái)的。圖片來(lái)自于：KAUST

新型解決方案-光纖上打印3D結(jié)構(gòu)

科學(xué)家們使用雙光子聚合高分辨率三維打印技術(shù)，為從光纖中直接產(chǎn)生零階和高階貝塞爾光束，并與光纖的核心對(duì)齊提供了有效的解決方案并。同時(shí)，Nanoscribe的IP-Dip光刻膠提供了生產(chǎn)光子晶體光纖設(shè)計(jì)所需的高空間分辨率，以便操縱光束。全新微納加工方案使得打印的微光學(xué)元件具有較低的表面粗糙度。三維打印的微光學(xué)元件顯示了光束轉(zhuǎn)換的高效率和低傳輸損耗。

基于2PP原理三維打印技術(shù)能夠打印先進(jìn)的任意形狀的復(fù)雜3D微光學(xué)元件，如貝塞爾光束發(fā)生器。該基于光纖的光子結(jié)構(gòu)由三個(gè)微光學(xué)元件組成，它們相互對(duì)準(zhǔn)并與底層光纖面相連接，并可實(shí)現(xiàn)單個(gè)元件的無(wú)縫集成。2PP技術(shù)可實(shí)現(xiàn)按需定制光學(xué)參數(shù)來(lái)調(diào)整光子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。因此，這種復(fù)合光子結(jié)構(gòu)的快速原型設(shè)計(jì)使得在根據(jù)具體應(yīng)用進(jìn)行改變?cè)O(shè)計(jì)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)快速的設(shè)計(jì)迭代周期。得益于2PP三維打印技術(shù)的靈活性，定制打印的貝塞爾光束發(fā)生器可以應(yīng)用于內(nèi)窺鏡，光學(xué)相干斷層掃描、基于光纖的光學(xué)捕集和微操縱等領(lǐng)域。

SEM特寫圖顯示了基于光纖的3D打印貝塞爾光束發(fā)生器，該結(jié)構(gòu)帶有螺旋相位板的光子晶體設(shè)計(jì)和帶有支撐結(jié)構(gòu)的微透鏡。靈感來(lái)自于KAUST的設(shè)計(jì)。由Nanoscribe制作

A2PL技術(shù)實(shí)現(xiàn)納米精度三維對(duì)準(zhǔn)

在光纖上打印光子結(jié)構(gòu)來(lái)生成貝塞爾光束需要打印精確對(duì)準(zhǔn)光纖光軸的微光學(xué)元件。新一代的Quantum X對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)可以比其他Nanoscribe基于2PP技術(shù)的3D打印系統(tǒng)在達(dá)到更高形狀精度的同時(shí)，更快、更簡(jiǎn)便、更精確地完成這項(xiàng)任務(wù)。這是因?yàn)镼uantum X align是基于最 先進(jìn)的平臺(tái)，并具有專 利的對(duì)準(zhǔn)雙光子光刻技術(shù)A2PL?。因此，優(yōu)化的硬件和軟件使得在光纖上以亞微米的精度打印復(fù)雜的3D微光學(xué)元件成為了可能。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)

阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)-生物和環(huán)境科學(xué)工程系

阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)-計(jì)算機(jī)，電氣和數(shù)學(xué)科學(xué)與工程系 

原文文獻(xiàn)

3D-printed fiber-based zeroth- and high-order Bessel beam generator       

https://opg.optica.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-9-6-645&id=476826

葉綠素與氮素含量估算&陰極熒光與應(yīng)用，詮釋光譜技術(shù)在微觀與宏觀的不同領(lǐng)域的應(yīng)用。學(xué)科有邊界，知識(shí)無(wú)邊界，即刻報(bào)名，與光電名師面對(duì)面交流！

2020年11月26日上午9:00-11:00，卓立漢光邀請(qǐng)兩位專家：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院智慧農(nóng)業(yè)系教授程濤老師及北京大學(xué)物理學(xué)院電子顯微鏡實(shí)驗(yàn)室，高級(jí)工程師朱瑞老師為大家做分享，您將有如下課程收獲：

報(bào)告題目一：作物葉綠素與氮素含量高光譜估算

◆ 分享三種評(píng)估葉綠素、氮素含量高光譜估算方法；

◆ 面向光譜儀器、監(jiān)測(cè)模式熱點(diǎn)問(wèn)題，分享精算度提高方法；

報(bào)告題目二：陰極熒光原理與應(yīng)用

◆ 陰極熒光譜原理與典型應(yīng)用；

◆ 探究陰極熒光系統(tǒng)的研制原理&學(xué)習(xí)關(guān)鍵研制技術(shù)；

參會(huì)指南

信息填寫：

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會(huì)議資料：（會(huì)后視頻）

講課視頻能否回放，取決于授課嘉賓是否同意。建議在線收聽(tīng)，以獲取課程全面信息，并方便與授課嘉賓進(jìn)行實(shí)時(shí)交流。

“名師講堂”系列ZT會(huì)

系列ZT會(huì)議將聚焦拉曼光譜、熒光光譜、光電探測(cè)、高光譜與影像、激光誘導(dǎo)等離子體等前沿的產(chǎn)品與技術(shù)，并針對(duì)材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)、食藥環(huán)偵、能源冶金礦物等目前相關(guān)熱門的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行深入探討。主辦方將邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)外光電行業(yè)的專家學(xué)者，以網(wǎng)絡(luò)在線的形式開(kāi)展授課與講座。參會(huì)來(lái)賓可以通過(guò)視頻、音頻、文字等多種方式與授課嘉賓進(jìn)行學(xué)術(shù)探討與實(shí)時(shí)交流。

本系列ZT會(huì)議，將切實(shí)致力于為國(guó)內(nèi)外光電技術(shù)科研工作者及專業(yè)技術(shù)人士建立一個(gè)全新的學(xué)習(xí)和交流平臺(tái)。

光譜及光電交流總?cè)?/p>

與光電行業(yè)專家交流互動(dòng)，了解更多光電行業(yè)解決方案

掃描下方二維碼，入群

簡(jiǎn)介

衍射光柵用于將多色光分離成其組成的波長(zhǎng)。在拉曼光譜儀中，衍射光柵用于將收集的拉曼散射的組成波長(zhǎng)分離到CCD相機(jī)的不同像素上進(jìn)行檢測(cè)。所有拉曼光譜儀需要至少一個(gè)衍射光柵，并且經(jīng)常配置多個(gè)衍射光柵以允許用戶對(duì)其樣品和激發(fā)波長(zhǎng)進(jìn)行最 佳的光柵選擇。

圖1. 愛(ài)丁堡儀器拉曼光譜儀RMS1000（左）和RM5（右）

當(dāng)通過(guò)拉曼光譜分析樣品時(shí)，可能需要多個(gè)激發(fā)源來(lái)覆蓋用戶樣品的范圍，例如，紫外、可見(jiàn)或近紅外區(qū)域的激光。RM5拉曼光譜儀最 多可內(nèi)置三個(gè)激光器，RMS1000拉曼光譜儀最 多可內(nèi)置五個(gè)激光器，并可選擇外置激光器。為了使用多個(gè)激光器，RM5和RMS1000的光譜儀可以容納多達(dá)五個(gè)衍射光柵，從而使光柵最適合激光器的波長(zhǎng)和用戶的要求。用戶可以從RM5和RMS1000上的Ramacle?軟件（圖2）的下拉菜單中選擇光柵。選擇后，光柵塔輪將自動(dòng)移動(dòng)到所選光柵，這意味著用戶無(wú)需手動(dòng)更換光柵。然后，Ramacle?將顯示該光柵和激發(fā)激光器在波數(shù)和波長(zhǎng)上可實(shí)現(xiàn)的光譜范圍。在為拉曼光譜儀選擇衍射光柵時(shí)，有四個(gè)主要考慮因素：光譜分辨率、光譜范圍、閃耀波長(zhǎng)和激發(fā)波長(zhǎng)。

圖2. Ramacle?軟件的測(cè)試界面，標(biāo)記處顯示光柵的選擇

光譜分辨率

增加刻線密度增加光譜分辨率

光柵具有固定的刻線密度（以每毫米刻線為單位，gr/mm），可控制光的色散?？叹€密度越高，光譜分辨率越好，例如，1200 gr/mm光柵將提供比150 gr/mm光柵更高的光譜分辨率。圖3顯示了低和高刻線密度光柵對(duì)光的色散。較高刻線密度光柵將光傳播到CCD的較大區(qū)域，增加了光譜分辨率。簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)法則是，當(dāng)刻線數(shù)量加倍時(shí)，分辨率大致加倍。

圖3. 低和高刻線密度光柵對(duì)光的色散

為了說(shuō)明刻線密度對(duì)光譜分辨率的影響，使用五個(gè)衍射光柵和532nm激發(fā)波長(zhǎng)測(cè)量了硅襯底上MoS2的光譜（圖4）。MoS2的分析側(cè)重于350-450 cm-1之間的兩個(gè)峰。這些峰對(duì)于檢測(cè)存在的MoS2的層數(shù)至關(guān)重要。使用300 gr/mm光柵，光譜分辨率不足以分辨兩個(gè)單獨(dú)的峰，僅可以看到單個(gè)寬特征。隨著gr/mm的增加，我們看到兩個(gè)單獨(dú)峰的分辨率提高。這兩個(gè)峰的分辨率越高，關(guān)于峰位置和層數(shù)的信息就越準(zhǔn)確。這一測(cè)量說(shuō)明了光譜分辨率的重要性。

圖4. 使用5個(gè)不同光柵獲取的MoS2的拉曼光譜

圖4還顯示了樣品中硅峰的半峰寬（FWHM）值。Ramacle?可以提供FWHM值（峰值寬度為最 大強(qiáng)度的一半），并在光譜上顯示這些值。從300 gr/mm光柵開(kāi)始，我們觀察到的FWHM為22.9 cm-1。當(dāng)使用1800 gr/mm的光柵時(shí)，該值降至4.8 cm-1，這突出了隨著刻線密度的增加，光譜分辨率的提高。

光譜范圍

增加刻線密度減小光譜范圍

改變光柵的刻線密度會(huì)影響所討論的光譜分辨率，但也會(huì)影響光譜范圍。將環(huán)己烷樣品放置在比色皿支架中，使用所有五個(gè)光柵用638 nm激發(fā)進(jìn)行分析（圖5）。光譜再次顯示了分辨率如何隨著刻線密度的增加而增加，但現(xiàn)在也顯示了高刻線密度的缺點(diǎn)，降低了光譜范圍。光譜儀的光譜范圍與光柵的刻線密度成反比。

圖5. 使用不同光柵和1800gr/mm光柵（品紅色）擴(kuò)展掃描的環(huán)己烷的拉曼光譜。插圖顯示了具有300 gr/mm和1800 gr/mm光柵的樣品的高波數(shù)區(qū)域。

上述光譜清楚地表明，隨著刻線密度的增加，光譜范圍減小。對(duì)于300 gr/mm，光譜范圍達(dá)到約7400 cm-1，而1800 gr/mm光柵僅達(dá)到約1100 cm-1。因此，獲取的拉曼光譜的光譜范圍與分辨率之間存在固有的取舍。

為了兩全其美，RM5和RMS1000的Ramacle?軟件具有一個(gè)稱為擴(kuò)展掃描的功能。在擴(kuò)展掃描中，Ramacle?軟件在衍射光柵的不同中心波長(zhǎng)位置采集一系列光譜，然后將這些光譜自動(dòng)拼接在一起，以在寬光譜范圍內(nèi)提供單個(gè)拉曼光譜。該功能使用戶能夠同時(shí)使用高gr/mm光柵實(shí)現(xiàn)高光譜分辨率和寬光譜范圍。圖5顯示了拼接1800 gr/mm光譜（品紅色）的示例，其范圍高達(dá)~5000 cm-1。

擴(kuò)展掃描的缺點(diǎn)是采集時(shí)間的增加。由于光柵需要移動(dòng)并采集多個(gè)光譜，采集時(shí)間將增加，對(duì)于上述示例（0-5000 cm-1），擴(kuò)展掃描是將九個(gè)單個(gè)光譜拼接在一起。因此，如果曝光時(shí)間為1s，則最 終光譜將需要9s才能獲取。如圖5中的插圖所示，1800 gr/mm光柵的光譜分辨率提高，可以更好地分辨高波數(shù)區(qū)域的峰值，而分辨率較低的300 gr/mm光柵可以更快地進(jìn)行測(cè)量。

閃耀波長(zhǎng)

閃耀波長(zhǎng)表示光柵優(yōu)化的激發(fā)波長(zhǎng)

衍射光柵的效率總是與波長(zhǎng)有關(guān)。最 大衍射效率的波長(zhǎng)稱為閃耀波長(zhǎng)。衍射光柵可以用不同的閃耀波長(zhǎng)制造，以優(yōu)化不同的波長(zhǎng)區(qū)域。通常，可見(jiàn)光和近紅外激光器可以使用具有相同閃耀波長(zhǎng)的光柵，同時(shí)保持相似的效率；然而，當(dāng)在“標(biāo)準(zhǔn)”拉曼激光器的極端使用激光器時(shí)，例如，≤325nm和≥1064nm激發(fā)，需要不同閃耀波長(zhǎng)的光柵來(lái)優(yōu)化光譜儀。例如，當(dāng)光柵被稱為“Blaze 300 nm”時(shí)，它將針對(duì)UV進(jìn)行優(yōu)化，而“Blaze 750 nm”將針對(duì)NIR進(jìn)行優(yōu)化。

圖6顯示了兩個(gè)600 gr/mm光柵的絕 對(duì)效率曲線。一個(gè)具有550 nm的閃耀波長(zhǎng)，非常適合可見(jiàn)光激光器，另一個(gè)750 nm，適合NIR激光器。曲線揭示了為什么閃耀波長(zhǎng)很重要。如果用常用的785nm激光器激發(fā)，550nm閃耀光柵將僅具有約52%的效率。然而，NIR優(yōu)化的光柵將具有約71%的高得多的效率。這將對(duì)所需的頻譜質(zhì)量和采集時(shí)間產(chǎn)生重大影響。

圖6. 突出顯示了兩個(gè)激光器（532nm和785nm）下，閃耀波長(zhǎng)分別為550nm和750nm的兩個(gè)600gr/mm光柵的絕 對(duì)效率曲線。

光致發(fā)光測(cè)量

低刻線密度光柵可用于UV和可見(jiàn)激光器以獲取PL光譜

拉曼光譜儀也可用于測(cè)量光致發(fā)光（PL），通常使用UV或可見(jiàn)光激發(fā)。PL光譜通常非常寬，應(yīng)選擇低刻線密度光柵以獲得盡可能寬的光譜范圍。在圖7所示的示例中，使用532 nm激光分析筆墨。通過(guò)使用300 gr/mm光柵，光譜范圍可以覆蓋1200 nm，這意味著用戶可以很容易地看到700 nm處的PL峰。

由于PL非常強(qiáng)，當(dāng)使用300gr/mm光柵時(shí)，任何拉曼峰都會(huì)丟失到PL峰的強(qiáng)度中。然而，通過(guò)改變?yōu)?800gr/mm光柵，仍然可以觀察到拉曼光譜。在這樣做時(shí)，來(lái)自墨水的拉曼峰可以在沒(méi)有PL干擾的情況下被分辨，因?yàn)樗l(fā)生在PL峰或檢測(cè)器飽和之前。以這種方式使用光柵的組合允許從樣品中獲得PL和拉曼光譜。

圖7. 使用300gr/mm（綠色）和1800gr/mm（紅色）光柵獲取的筆墨的PL和拉曼光譜

激發(fā)波長(zhǎng)

UV和可見(jiàn)激光器適用于高刻線密度的光柵

NIR激光器適用于低刻線密度的光柵

可以認(rèn)為光柵的色散功率在波長(zhǎng)方面是恒定的；然而，拉曼光譜使用能量相關(guān)單位，波數(shù)（cm-1），表示入射光子的能量偏移。這意味著色散拉曼光譜儀的光譜分辨率隨著激光激發(fā)波長(zhǎng)的降低（即從紅色到綠色再到藍(lán)色）而降低。因此，當(dāng)使用785nm激光器時(shí)，實(shí)現(xiàn)與532nm激光器相同分辨率所需的光柵將需要更少的gr/mm。

此外，由于色散與波長(zhǎng)有關(guān)，因此光柵可以在一個(gè)工作范圍內(nèi)成功運(yùn)行?？叹€密度為n的光柵的理論波長(zhǎng)極限為λ=2/n。例如，2400 gr/mm光柵將被限制在光譜的綠色端，即可見(jiàn)光和紫外激光器，而3600 gr/mmm光柵在500nm后不會(huì)衍射太多，使其適合于UV激發(fā)，而不適合于NIR激發(fā)。

圖8顯示了五個(gè)常用光柵的532 nm（綠色）和785 nm激光器（紅色）的光譜范圍。與可見(jiàn)光選項(xiàng)相比，近紅外激光器的光譜范圍明顯減小。該圖還顯示了從50 cm-1開(kāi)始的單次掃描和擴(kuò)展掃描選項(xiàng)的范圍。

圖8. 使用532nm和785nm激發(fā)的5個(gè)光柵的光譜范圍

拉曼光譜中使用的三種激光可以大致分為三個(gè)區(qū)域：紫外、可見(jiàn)光和近紅外。對(duì)于UV激光器，建議使用高刻線密度光柵，例如2400 gr/mm和3600 gr/mmm，這主要是由于在較低波長(zhǎng)下激發(fā)時(shí)光譜分辨率的固有降低。此外，UV激光器通常用于研究例如半導(dǎo)體樣品中因應(yīng)力和應(yīng)變引起的小峰值變化，因此需要高光譜分辨率。

當(dāng)需要中高光譜分辨率時(shí)，可見(jiàn)激光通常與1200 gr/mm和1800 gr/mm光柵一起使用。然而，一些樣品，如過(guò)渡金屬二氫化物和石墨烯，可能會(huì)使用更高的刻線密度光柵來(lái)檢測(cè)細(xì)微的光譜變化。對(duì)于UV和可見(jiàn)光激光器，如果用戶對(duì)PL感興趣，可以使用較低的刻線密度光柵來(lái)獲取整個(gè)光譜，例如300 gr/mm和600 gr/mm。

對(duì)于NIR激光器，推薦的光柵將具有較低的刻線密度，例如300 gr/mm和600 gr/mm。首先，這是光譜范圍，如圖8所示，具有近紅外激光器的高刻線密度光柵所提供的范圍非常有限。此外，如上所述，NIR激光器將固有地提供比UV或可見(jiàn)激光更好的光譜分辨率。這意味著使用具有低刻線密度光柵的近紅外激光器仍將提供高光譜分辨率。

關(guān)于近紅外激光器的最后一點(diǎn)需要考慮的是拉曼強(qiáng)度和信噪比（SNR）。隨著刻線密度的增加，儀器的拉曼通量將降低。這種效應(yīng)發(fā)生在所有激發(fā)波長(zhǎng)上；然而，這種效應(yīng)對(duì)于NIR激光器尤其顯著。拉曼散射強(qiáng)度與λ-4成正比，其中λ表示激光波長(zhǎng)。因此，隨著激光波長(zhǎng)增加到近紅外，拉曼強(qiáng)度將下降。光柵效應(yīng)和波長(zhǎng)效應(yīng)的復(fù)合意味著在NIR中使用高刻線密度光柵對(duì)信噪比（SNR）特別有害，并且光譜將需要長(zhǎng)的曝光時(shí)間。圖9中的光譜來(lái)自使用785 nm激光和兩個(gè)相同閃耀波長(zhǎng)的光柵的藥片。兩個(gè)光柵之間的SNR差異在圖9的紅色框中突出顯示（歸一化后）。在這種情況下，300 gr/mm顯然提供了更高的SNR。

圖9 上：具有相同曝光時(shí)間和兩個(gè)不同光柵的藥片的拉曼光譜。下：歸一化光譜放大部分，顯示了使用900 gr/mm光柵噪聲增加。

表1顯示了拉曼光譜中最常用的兩種激發(fā)波長(zhǎng)532nm和785nm的光柵選擇的簡(jiǎn)化摘要。請(qǐng)注意，這些光譜范圍用于擴(kuò)展掃描，最 終光柵選擇也將受到前面討論的因素的影響。

表1 532 nm和785 nm激發(fā)的光柵選擇

結(jié)論

在拉曼光譜中選擇光柵需要用戶選擇優(yōu)先順序。確保光柵在激發(fā)激光的正確波長(zhǎng)下閃耀，這將獲得盡可能高的效率。為測(cè)試選擇必要的刻線密度，這將取決于所需的光譜分辨率和光譜范圍。在選擇光柵時(shí)，還需要考慮其他因素，如拉曼強(qiáng)度、采集時(shí)間和信噪比。愛(ài)丁堡儀器拉曼光譜儀可以容納多達(dá)五個(gè)光柵，用戶可以很容易地在其系統(tǒng)中填充一系列刻線密度和閃耀波長(zhǎng)的光柵，以滿足其應(yīng)用需求，在分析樣品時(shí)提供盡可能高的靈活性。

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呂佳博士在美國(guó)Gamry電化學(xué)儀器公司，擔(dān)任儀器工程師。新加坡國(guó)立大學(xué)（NUS）獲得博士學(xué)位，主要研究方向?yàn)殇囯x子電池及超級(jí)電容器等新能源器件的反應(yīng)機(jī)理及電化學(xué)性能優(yōu)化。隨后在浙江大學(xué)從事鋰離子電池高壓正極材料  容量衰減機(jī)理方面的研究。在JES等國(guó)外權(quán)威電化學(xué)雜志上，發(fā)表多篇學(xué)術(shù)論文，參與完成一部外文著作，并被國(guó)際會(huì)議邀請(qǐng)作學(xué)術(shù)報(bào)告，在鋰離子電池反應(yīng)機(jī)理、高壓正極材料，及其他能源材料的制備和表征領(lǐng)域，具有豐富的經(jīng)驗(yàn)。

系列講座內(nèi)容安排

（1）電化學(xué)工作站的原理與應(yīng)用 （已完成）

（2）電化學(xué)原理淺談

（3）電化學(xué)阻抗譜原理與應(yīng)用簡(jiǎn)介

（4）石英晶體微天平簡(jiǎn)介

（5）循環(huán)伏安的故事

（6）多孔電極的傳輸線模型原理與應(yīng)用

（7）旋轉(zhuǎn)圓（環(huán)）盤電極原理與應(yīng)用

（8）超級(jí)電容器的“電化學(xué)”

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相對(duì)量子產(chǎn)率

量子產(chǎn)率是一個(gè)基本的光物理參數(shù)，它描述了一個(gè)樣品的熒光效率，被定義為發(fā)射的光子數(shù)量與樣品吸收的光子數(shù)量的比率。準(zhǔn)確和可靠的量子產(chǎn)率測(cè)量對(duì)包括顯示材料、太陽(yáng)能電池、生物成像和藥物開(kāi)發(fā)等應(yīng)用非常重要。

有兩種測(cè)量量子產(chǎn)率的方法：絕 對(duì)法和相對(duì)法。在絕 對(duì)法中，量子產(chǎn)率是用積分球直接測(cè)量的，而在相對(duì)法中，未知樣品的熒光強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)樣品的熒光強(qiáng)度相比較，以計(jì)算出未知樣品的量子產(chǎn)率。愛(ài)丁堡FS5熒光光譜儀（圖1）通過(guò)相對(duì)法測(cè)量2-氨基吡啶（2AMP）的量子產(chǎn)率。2AMP在硫酸（H2SO4）中的量子產(chǎn)率以前曾被用作紫外-可見(jiàn)光范圍內(nèi)的參考標(biāo)準(zhǔn)。2AMP的量子產(chǎn)率在1968年測(cè)量為60%1，在1983年測(cè)量為66%2。這些文獻(xiàn)中的量子產(chǎn)率參考值現(xiàn)在已經(jīng)有幾十年的歷史了，這里我們用1M H2SO4中的硫酸奎寧（QBS）作為參考標(biāo)準(zhǔn)，用愛(ài)丁堡FS5熒光光譜儀對(duì)2AMP在1M H2SO4中的量子產(chǎn)率進(jìn)行了重新測(cè)量和評(píng)估。

圖1：FS5熒光光譜儀

方 法

2AMP的相對(duì)量子產(chǎn)率可以通過(guò)以下公式計(jì)算

公式1

其中下標(biāo)S和R分別表示待測(cè)樣品（2AMP）和參比樣品（QBS）。Φ是量子產(chǎn)率，I是綜合熒光強(qiáng)度，A是激發(fā)波長(zhǎng)下的吸光度。n是平均發(fā)射波長(zhǎng)下用于待測(cè)樣品和參比樣品的溶劑的折射率。本文中，2AMP和QBS都使用了相同的溶劑（1M H2SO4），所以這項(xiàng)值為1。

為了提高計(jì)算出的量子產(chǎn)率值的準(zhǔn)確性和精確性，最 好的方法是準(zhǔn)備和測(cè)量幾個(gè)不同濃度的待測(cè)樣品和參比樣品。通過(guò)繪制2AMP和QBS的I與1-10-A的關(guān)系，可以用斜率（GradS和GradR）來(lái)計(jì)算量子產(chǎn)率（公式2）。這種方法可以防止?jié)撛谡`差，如染料聚集，在較高的濃度導(dǎo)致的非線性。

公式2

準(zhǔn)備五種不同濃度的2AMP 1M H2SO4的溶液和五種QBS在1M H2SO4中的溶液。使用FS5熒光光譜儀測(cè)量吸收和熒光光譜，該熒光光譜儀配備有150W氙燈、PMT-980檢測(cè)器和SC-05比色皿支架。

2AMP和QBS的吸收和發(fā)射光譜首先，通過(guò)使用FS5的內(nèi)置透射檢測(cè)器測(cè)量吸收光譜來(lái)確定五個(gè)濃度2AMP和QBS溶液的吸光度值。在激發(fā)波長(zhǎng)（310 nm）下，溶液的吸光度值被保持在0.1以下，以盡量減少內(nèi)濾效應(yīng)的影響，吸光度值范圍在0.008和0.098之間。2AMP和QBS的歸一化吸收光譜顯示在圖2a中。

圖2：（a）2AMP（綠色）和QBS（紫色）的歸一化吸光光譜。(b) 2AMP（綠色）和QBS（紫色）的歸一化熒光光譜。(c) 不同濃度的2AMP的熒光光譜。C1溶液是濃度最 低的（在310nm處的吸光度=0.01），C5是濃度 最 高的（在310nm處的吸光度=0.098）。所有光譜都是在愛(ài)丁堡FS5熒光光譜儀獲得。

接下來(lái)，采集了5個(gè)2AMP和QBS溶液的熒光光譜。熒光光譜儀檢測(cè)的熒光強(qiáng)度取決于激發(fā)波長(zhǎng)、激發(fā)和發(fā)射帶寬以及積分時(shí)間。通過(guò)保持這些參數(shù)相同，2AMP和QBS的綜合熒光強(qiáng)度、IS和IR可以比較。實(shí)驗(yàn)參數(shù)是λex=310 nm，激發(fā)和發(fā)射帶寬分別設(shè)置為3 nm和0.5 nm，步長(zhǎng)為1 nm，積分時(shí)間為0.5 s。圖2b顯示了2AMP和QBS的歸一化熒光光譜。

使用熒光線性分析來(lái)確定量子產(chǎn)率

每個(gè)濃度的2AMP的熒光光譜被合并到Fluoracle中一張圖（圖2c）。公式2中的斜率GradS可以使用Fluoracle的線性分析功能從圖2c中的2AMP光譜中計(jì)算出來(lái)，如圖3所示。

為了計(jì)算GradS校準(zhǔn)參數(shù)被設(shè)置為面積（橙色框），變量名稱被設(shè)置為1-10-A（綠色框）。按 "應(yīng)用 "計(jì)算面積（綜合熒光強(qiáng)度）。然后輸入從吸收光譜中得到的每種濃度的2AMP的吸光度項(xiàng)（1-10-A）值（淺藍(lán)色框）。

圖3：Fluoracle中圖2c的線性分析

校準(zhǔn)類型為線性，并勾選了通過(guò)零點(diǎn)的曲線（深藍(lán)色框）。熒光強(qiáng)度與吸光度的積分項(xiàng)與線性擬合一起繪制在屏幕的右下方。曲線的斜率（GradS）為K1（紅色框）。然后對(duì)五個(gè)QBS光譜重復(fù)同樣的過(guò)程來(lái)計(jì)算斜率GradR。兩條曲線及其計(jì)算的斜率都顯示在圖4中。

圖4：綜合熒光強(qiáng)度與2AMP和QBS的吸光度的關(guān)系

QBS在H2SO4中的量子產(chǎn)率的文獻(xiàn)值為ΦR=56.1%4。然后用公式2計(jì)算出2AMP在H2SO4中的量子產(chǎn)率為64.3%，這個(gè)值與以前報(bào)道的60%和66%的值一致。

結(jié) 論

愛(ài)丁堡FS5熒光光譜儀用相對(duì)法測(cè)定2AMP在1M H2SO4中的量子產(chǎn)率。通過(guò)FS5 Fluoracle軟件的線性分析功能，數(shù)據(jù)分析變得簡(jiǎn)單。使用QBS作為參考標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算出2AMP的量子產(chǎn)率為64.3%。這個(gè)數(shù)值與以前的文獻(xiàn)報(bào)告相一致，表明FS5可以進(jìn)行準(zhǔn)確和可靠的相對(duì)量子產(chǎn)率測(cè)量。

參考文件

1. R. Rusakowicz, A. C. Testa, 2-Aminopyridine as a standard for low-wavelength spectrofluorimetry. J. Phys. Chem. 72, 2680–2681 (1968).

2. S. R. Meech, D. Phillips, Photophysics of some common fluorescence standards. J. Photochem. 23, 193–217 (1983).

3. K. L. Wong, J. C. Bünzli, P. A. Tanner, Quantum yield and brightness. J. Lumin. 224, 117256 (2020).

4. B. Gelernt, A. Findeisen, A. Stein, J. A. Poole, Absolute measurement of the quantum yield of quinine bisulphate. J. Chem. Soc. Faraday Trans. 2 Mol. Chem. Phys. 70, 939–940 (1974).

問(wèn)題一：高溫等離子體和低溫等離子體診斷有區(qū)別嗎
答：光譜儀器都是通用的，可以根據(jù)實(shí)際的測(cè)量目標(biāo)或者對(duì)象選擇合適的類型，確定合適的焦距，譜分辨率，線色散率以及配套的探測(cè)器等。例如，如果測(cè)量跟譜線寬度（多普勒展寬，斯塔克展寬等）有關(guān)的物理量，需要譜儀的儀器展寬要小于所需測(cè)量的寬度，這時(shí)候需要選擇高分辨率光譜儀；如果需要測(cè)量寬譜雜質(zhì)譜線及識(shí)別，則通常選擇低分辨率光譜儀。

問(wèn)題二：這些儀器多少錢
答：商業(yè)產(chǎn)品請(qǐng)咨詢代理公司或者儀器生產(chǎn)商。定制化產(chǎn)品，可以聯(lián)系李老師討論

問(wèn)題三：能診斷大氣壓下的氣體放電形成的低溫等離子體嗎

答：光譜儀器都具有普適性。需要提出來(lái)想要測(cè)量的量，再做判斷。

問(wèn)題四：李老師，通過(guò)光譜儀計(jì)算等離子體參數(shù)時(shí)，通?？紤]哪些效應(yīng)呢？

答：以計(jì)算與多普勒展寬的物理量為例，在高溫等離子體中，需要考慮自然展寬，塞曼效應(yīng)等的影響，同時(shí)也需要扣除儀器本身的展寬導(dǎo)致的譜線展寬；與多普勒頻移有關(guān)的量，則需要重點(diǎn)關(guān)注基準(zhǔn)波長(zhǎng)的定位，外界環(huán)境改變對(duì)測(cè)量的影響等。