为什么选对激光波长对拉曼光谱很重要
对于刚接触拉曼光谱的研究者，最常提出的问题是："我需要什么激光激发波长？" 答案显然取决于待测材料本身。材料的拉曼散射截面及其物理光学特性都至关重要。若样品对激发波长透明且足够薄，可能会检测到基底材料的光谱贡献，这种贡献既可能是拉曼散射也可能是光致发光。
拉曼光谱中的激光器有许多不同的波长，通常可选择的范围从紫外，可见光到近红外等等。对于某一个特定应用的最佳波长并不总是显而易见的，拉曼实验中的优化需要考虑很多变量，而变量中很多都与波长相关。
首先，拉曼信号非常弱。它来自于样品材料中的光子 - 声子相互作用，而这是一个强度很小的过程。另外，拉曼散射强度与激发波长的四次方成反比，这意味着在长波长激光激发的拉曼信号更加弱。
选择激发波长时的另一个考虑因素是材料光密度随波长的变化。如果材料是透明的，则激光束的焦深将由透镜的数值孔径、激光的波长以及该波长处样品折射率的实际分量决定。但是，如果样品不透明，则光穿透深度将不是由物理光学元件决定的，而是由样品在该波长下的吸收率决定的。这些情况使许多光谱学家能够通过改变激发波长来对半导体等材料进行深度剖析。通常，激发波长越长，光穿透样品的深度就越深。市售可见波长激光器的范围所提供的半导体深度穿透变化与某些微电子器件的制造深度相匹配。
785nm做拉曼的优势
拉曼光谱中最常用的波长是785nm。它兼顾了信号强度、荧光干扰、探测器效率、成本效益和激光器之间的最佳平衡。当然，具体的波长还要取决于具体的应用。
1. 荧光抑制优势
785nm 属于近红外波段，其能量相对较低，能够大幅降低样品本底荧光的激发概率。在生物、高分子材料等容易产生荧光的样品检测里，这种特性尤为重要，它可以让拉曼信号更加清晰地呈现出来。在生物样品（细胞/组织）、碳材料（石墨烯/碳纳米管）、染料/色素等强荧光体系中，785nm可有效提取拉曼信号。
2. 穿透深度与生物兼容性
较低的光子能量使得 785nm 激光器对样品造成的热效应和光化学损伤较小。这一优势让它非常适合用于活体组织、有机分子以及纳米材料等对光较为敏感的样品分析。
3. 信噪比优化平衡
785nm 激光处于硅基探测器（如 CCD）的高灵敏度响应范围内，这样就无需使用成本较高的制冷型探测器，从而降低了设备的整体成本。
4. 降低光损伤风险
较低的光子能量使得 785nm 激光器对样品造成的热效应和光化学损伤较小。这一优势让它非常适合用于活体组织、有机分子以及纳米材料等对光较为敏感的样品分析。
拉曼实验选择激光器时应考虑哪些指标
除了波长之外，在为拉曼光谱仪选择激光器时应考虑一些重要的性能参数。关键的参数包括线宽，频率稳定性，光谱纯度，光束质量，输出功率大小和功率稳定性以及光学隔离器。此外，还应考虑激光器的牢固可靠性，大小，寿命和成本结构等。
光谱线宽 | 线宽决定了拉曼信号的极限分辨率。对于大多数固定光栅系统，为了不限制系统的光谱分辨率，激光线宽应该小于10pm。但是，高分辨率系统需要的线宽远小于此值，有时甚至低于1 MHz |
| 频率稳定性 | 为了不影响光谱分辨率，激光谱线在记录光谱时必须保持非常固定的波长。通常情况下，长时间工作时频率飘移不能超过几个pm。 |
光谱纯度 | 拉曼信号需要激光器的光谱纯度大于60dB，对于通常情况而言我们在离主峰1~2nm的时候达到这样的光谱纯度即可，而低波数拉曼应用可能需要在离主峰几百pm的地方实现高的边模抑制比（SMSR）。 |
光束质量 | 在共焦拉曼成像应用中，需要使用TEM00光束以获得最佳的空间分辨率。但是基于探针的定量拉曼分析，对于光束质量要求不高。 |
输出功率大小和功率稳定 | 激光输出功率范围从紫外线约10 mW到近红外线约100 mW。输出功率大小要求与波长，将要研究的材料类型以及采样频率和成像速度都有关。 |
| 光隔离器 | 在共聚焦成像装置中，样品可能会把激光反射回激光器，这会引起功率和噪声不稳定，并且会导致激光器永久损坏。通常最好的选择是将光隔离器直接集成在激光源本身中。 |
最后，通过前面的论述，我们知道785nm是做拉曼光谱的最佳平衡，我想给大家推荐一下Cobolt的785nm DISCO激光器，它是全球首台固体785nm拉曼激光器，可在TEM00 光束中提供高达 500 mW 的功率。采用创新设计，具有出色的波长稳定性（8h,±3℃，小于1pm）、小于 100 kHz 的线宽和优于 70 dB 的光谱纯度，为高分辨率拉曼光谱测量提供所需的性能。
