牛(niú)津儀器(qì)WITec共聚(jù)焦拉曼成(chéng)像技(jì)術介紹(shào)：共(gòng)聚焦光(guāng)學與多模式成像在材(cái)料(liào)科學中的應用

拉曼光譜(pǔ)是一種基(jī)於分子振(zhèn)動模(mó)式(shì)的(dí)無損(sǔn)化學分析技術，能夠提供(gōng)材料(liào)的(dí)分子指(zhǐ)紋(wén)信息(xī)——包括(kuò)化學組分，晶(jīng)體結(jié)構，應(yīng)力狀(zhuàng)態(tài)和(hé)相(xiāng)變(biàn)等(děng)關鍵(jiàn)參數(shù)。牛津(jīn)儀器（Oxford Instruments）的WITec共(gòng)聚焦拉曼(màn)成像(xiàng)顯(xiǎn)微鏡通(tōng)過(guò)共聚焦光(guāng)學設計(jì)與多模式(shì)成像(xiàng)技術兩(liǎng)大核心(xīn)技術，實(shí)現了對樣品表(biǎo)麵及內(nèi)部特(tè)定(dìng)結構(gòu)的化學組(zǔ)分高分辨率成(chéng)像(xiàng)，為(wéi)材(cái)料科學，生命(mìng)科(kē)學，半導體及(jí)製藥等領域提(tí)供了(liǎo)無損，多(duō)功(gōng)能(néng)的化(huà)學分析方案。

一，共(gòng)聚(jù)焦拉(lā)曼成像的基本原理

拉(lā)曼散射效(xiào)應是指當單(dān)色光（通常為(wéi)激光(guāng)）照射(shè)樣(yàng)品(pǐn)時，大部(bù)分光子發生彈(dàn)性散(sàn)射（瑞(ruì)利散射(shè)），而少(shǎo)量光(guāng)子（約10⁻⁷）與分子(zǐ)振動或轉動模式(shì)發(fā)生(shēng)非彈性相(xiāng)互作用，其(qí)頻率(shuài)發生位移(yí)——這(zhè)一(yī)頻(pín)率位移(yí)即為拉曼位移。不(bù)同的(dí)化(huà)學(xué)鍵和(hé)分子結(jié)構(gòu)具有特征性的拉曼(màn)位(wèi)移，形(xíng)成獨特的(dí)“分(fēn)子(zǐ)指紋"光譜。

WITec共(gòng)聚焦(jiāo)拉曼顯(xiǎn)微(wēi)鏡的核心(xīn)在(zài)於共(gòng)聚焦光(guāng)學設(shè)計(jì)。共聚焦技術通(tōng)過位於(yú)成(chéng)像光路中的共聚焦(jiāo)針(zhēn)孔（pinhole） 阻擋來自樣(yàng)品(pǐn)焦平麵以外(wài)的散(sàn)射光。共聚焦針孔的實(shí)際價值在於：

• 縱(zòng)向(xiàng)分(fēn)辨率：僅收集來(lái)自(zì)焦(jiāo)平(píng)麵的(dí)信號，實現亞微米級(jí)縱向分辨率

• 深度剖(pōu)麵分(fēn)析：可在Z軸方向(xiàng)逐(zhú)層掃描，獲(huò)得(dé)樣(yàng)品(pǐn)不同深度的化學信(xìn)息(xī)

• 背景(jǐng)抑(yì)製(zhì)：有(yǒu)效(xiào)阻(zǔ)擋(dǎng)來自(zì)焦平(píng)麵外的(dí)雜(zá)散光和(hé)熒(yíng)光背景(jǐng)

• 三維(wéi)成(chéng)像能力：通(tōng)過(guò)XY掃描(miáo)和Z軸步(bù)進(jìn)，構建(jiàn)樣(yàng)品的三維(wéi)化(huà)學分(fēn)布(bù)圖

WITec係統采用(yòng)模塊化(huà)設計，提供(gōng)靈活的成(chéng)像(xiàng)配置選(xuǎn)項。

二(èr)，witec360拉(lā)曼(màn)顯微鏡：alpha300係(xì)列的進化

witec360拉曼顯(xiǎn)微(wēi)鏡是(shì)WITec alpha300係(xì)列的進(jìn)化(huà)升級。該(gāi)生態係統涵蓋(gài)標(biāo)準光路(lù)和(hé)倒置光(guāng)路(lù)版本，專用(yòng)和(hé)關聯配置，以及具(jù)有(yǒu)不同自(zì)動化水平的(dí)係統。

每(měi)個witec360顯微鏡(jìng)型號均(jūn)配(pèi)備(bèi)從(cóng)激(jī)光(guāng)到(dào)探測器的全(quán)優(yōu)化共(gòng)聚(jù)焦(jiāo)光(guāng)路(lù)，確保(bǎo)最(zuì)高的光(guāng)通量(liáng)和(hé)成(chéng)像質(zhì)量。係統配備標準電(diàn)動切(qiē)換功能，可(kě)在白光樣品(pǐn)檢(jiǎn)測和拉曼數據(jù)采集之間(jiān)自由(yóu)切換，操作便捷。

witec360係(xì)統的核(hé)心(xīn)組(zǔ)件之(zhī)一是Hexalight光(guāng)譜(pǔ)儀，它(tā)采(cǎi)用專有(yǒu)透鏡設計，在(zài)350至1100納(nà)米的光譜範圍(wéi)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了高光(guāng)學通(tōng)量。其諧波驅動(dòng)（harmonic drive） 技術能(néng)夠(gòu)以高(gāo)精(jīng)度(dù)定位(wèi)多達六(liù)塊(kuài)光柵，使(shǐ)得(dé)係統可(kě)以在(zài)不(bù)同(tóng)光譜(pǔ)分辨(biàn)率和(hé)覆蓋範圍之間(jiān)快(kuài)速切換(huàn)。

三，多模(mó)式(shì)成像(xiàng)與(yǔ)關(guān)聯分析能力

WITec係統(tǒng)支(zhī)持(chí)多種成像(xiàng)模式(shì)的集成與(yǔ)關(guān)聯分析(xī)：

TrueSurface形(xíng)貌(mào)拉(lā)曼成像：通過(guò)主動表麵(miàn)追蹤技(jì)術，即使在不平整(zhěng)的樣品表麵也(yě)能(néng)獲得(dé)清(qīng)晰的(dí)共(gòng)聚焦拉曼圖像。

SHG和(hé)THG成(chéng)像：二次諧波(bō)（SHG）和三(sān)次(cì)諧波(bō)（THG）成像可用於(yú)非(fēi)中(zhōng)心對(duì)稱材(cái)料和界(jiè)麵結(jié)構(gòu)的成像。

熒(yíng)光成(chéng)像與TCSPC：時間相關單(dān)光(guāng)子(zǐ)計數（TCSPC）技術(shù)可實現(xiàn)熒(yíng)光(guāng)壽命(mìng)成(chéng)像(xiàng)。

掃(sǎo)描(miáo)近(jìn)場(cháng)光學顯微(wēi)鏡(jìng)（SNOM） ：突破衍(yǎn)射極限(xiàn)的(dí)光學成(chéng)像。

關聯(lián)Raman-AFM和(hé)Raman-SEM（RISE） ：將拉曼(màn)光譜(pǔ)的(dí)化學信息與原(yuán)子(zǐ)力顯(xiǎn)微鏡(jìng)（AFM）的(dí)形(xíng)貌(mào)信(xìn)息(xī)或(huò)掃描電鏡（SEM）的超高分(fēn)辨率(shuài)形(xíng)貌圖(tú)像在同一(yī)空間位置(zhì)進(jìn)行(háng)關(guān)聯分析。RISE顯(xiǎn)微鏡結(jié)合了拉(lā)曼成(chéng)像(xiàng)的化(huà)學(xué)敏感性（可鑒定分子種類(lèi)和化學(xué)鍵）和(hé)SEM的(dí)納(nà)米級形貌分(fēn)辨率，為材(cái)料(liào)的多維(wéi)度(dù)表(biǎo)征提(tí)供了完整(zhěng)方(fāng)案。

四，豐富的光譜與(yǔ)成像(xiàng)配件(jiàn)

WITec係(xì)統(tǒng)提供全麵的光(guāng)譜(pǔ)和成(chéng)像配件：

• 偏(piān)振(zhèn)光(guāng)顯微鏡(jìng)：研究材料(liào)的(dí)各(gè)向異(yì)性(xìng)

• TruePower全自動激光功(gōng)率測(cè)量(liáng)：確保(bǎo)實(shí)驗條件(jiàn)的(dí)可重復(fù)性

• 隔音罩和(hé)剛性平(píng)台：降(jiàng)低環境(jìng)幹(gān)擾

• 樣品定(dìng)位(wèi)和掃描平台：實現(xiàn)高精(jīng)度(dù)定(dìng)位(wèi)

• 環境控製(zhì)：溫度(dù)，氣氛等條件的精確(què)控(kòng)製(zhì)

• ParticleScout：用(yòng)於(yú)微顆粒的(dí)自(zì)動(dòng)定位(wèi)，分(fēn)類(lèi)和鑒定

• TrueMatch：拉曼光譜(pǔ)數據庫(kù)管理(lǐ)軟件

軟(ruǎn)件方(fāng)麵，Suite SEVEN提(tí)供拉(lā)曼(màn)控製(zhì)，測量與分(fēn)析(xī)的全套(tào)功(gōng)能，DaVinci支持納米刻(kè)蝕和(hé)納米(mǐ)操控(kòng)。

五(wǔ)，典型應(yīng)用場(cháng)景(jǐng)

WITec共(gòng)聚焦拉(lā)曼成(chéng)像係(xì)統廣(guǎng)泛應(yīng)用(yòng)於多個領域：

材料科學(xué)：用(yòng)於(yú)石(shí)墨烯與碳納(nà)米管(guǎn)等碳納(nà)米(mǐ)材料的(dí)表征，塗層(céng)與(yǔ)薄膜(mó)的(dí)分析(xī)，聚合物研(yán)究。共(gòng)聚(jù)焦拉曼顯(xiǎn)微(wēi)鏡可用於材料組分分析(xī)和(hé)質(zhì)量(liáng)評估。

半導體(tǐ)與(yǔ)光(guāng)伏(fú)：用於(yú)半導(dǎo)體材料的應力(lì)測(cè)量(liáng)，晶格缺陷(xiàn)分析(xī)和器件(jiàn)失效分析。

生命科(kē)學(xué)與細胞生(shēng)物學(xué)：用(yòng)於細胞的化學成像(xiàng)和生物分子的(dí)空間(jiān)分(fēn)布分析(xī)。

製藥(yào)與化妝(zhuāng)品：用(yòng)於藥(yào)物(wù)活性成(chéng)分(fēn)的分布分(fēn)析和多晶(jīng)型(xíng)表征(zhēng)。

能(néng)源存儲：用於電池(chí)材料的(dí)充(chōng)放(fàng)電(diàn)機製研究(jiū)和失(shī)效(xiào)分析(xī)。

地質(zhì)學與(yǔ)法醫(yī)學(xué)：用(yòng)於(yú)礦物(wù)鑒定和痕量(liáng)證(zhèng)據分析(xī)。

考(kǎo)古與(yǔ)藝(yì)術(shù)：用於文物和藝術品材料(liào)的(dí)無損分析。

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