[发明专利]喇曼辐射的测量

说明书

技术领域

本发明涉及喇曼辐射的测量。

背景技术

喇曼辐射起因于非弹性散射。当单色激励辐射被引向物体材料时，诸如分子振动和转动的低能模式，引起该单色辐射的波长中小的偏移。每一偏移又成为材料中每种分子的特征，因而材料中的分子能够被识别。

喇曼辐射是出了名地难以测量的，因为它相对于激励辐射的强度非常低且它与激励辐射几乎同时到达检测器。此外，激励辐射引起也与喇曼辐射同时的荧光辐射，而荧光辐射的寿命在纳秒范围。

陷波滤波器常常被采用，以尽可能有效地阻挡掉激励辐射而不过度地衰减其他波长。喇曼辐射也已经用检测器前面的光栅装置从荧光辐射分离。例如，光学上受控的克耳门可以被置于检测器前面。该克耳门当它处于透明状态时让光辐射通过，而当它处于不透明状态时，它阻挡光辐射。该克耳门例如能够用从激光器来的光控制脉冲切换到透明状态，且在该光控制脉冲持续期间，该克耳门保持在透明状态。在该光控制脉冲结束时，克耳门返回到不透明状态。该克耳门能够重复地被光控制脉冲切换到透明状态一段有数皮秒不精确度的需要的时间周期。这样，激励辐射和荧光辐射二者能够被有效地抑制，而喇曼辐射能够被检测。

代替克耳门，图像增强器可以对应地被置于诸如CCD摄像机（电荷耦合装置）的检测器前面。亦称晶片管（wafer tube）或邻近聚焦增强器的图像增强器，作为其上有大于一千伏电压的光电倍增管操作。除了放大接收的辐射外，该图像增强器能够以兆赫范围的频率和数百皮秒的门周期被接通和断开。

然而，存在与现有技术有关的问题。克耳门的占空因数是低的，因为克耳门透明状态的重复率通常小于一千赫，这样使测量变得不实用。克耳门的操作还必需高能光脉冲，这样极大地限制从同一光源引向被测量物体的光脉冲的能量。相应地，该图像增强器由于形成远超过1000V的短脉冲的困难和自相矛盾的要求而发生问题。诸如热噪声和电子倍增噪声的背景噪声，强烈限制信噪比并妨碍使用克耳门和图像增强器的测量。这两种测量系统还复杂、昂贵和庞大，使它们只能在实验室使用。

因此，需要有一种测量喇曼辐射的更好的解决方案。

发明内容

按照本发明的一方面，是提供如权利要求1指出的一种设备。

按照本发明的另一方面，是提供如权利要求14指出的一种设备。

按照本发明的另一方面，是提供如权利要求15指出的一种方法。

本发明提供一些优点。在检测器前面不需要附加的选通装置，且背景噪声能够被限制。该测量系统被电学地控制并能执行在线喇曼辐射的测量。重复率主要受检测元件的限制。

附图说明

本发明的实施例只作为例子，参照附图在下面描述，附图中：

图1示出光辐射与物质的相互作用；

图2展示用于测量喇曼辐射的设备；

图3示出用于确定检测结果的信号处理；

图4示出用于确定检测结果的不同信号处理；

图5示出不同操作的定时；

图6示出检测元件的操作电压的行为；

图7示出检测元件的操作的不同模式；

图8示出驱动检测元件的电路

图9示出猝熄电路；和

图10示出该方法的流程图。

具体实施方式

下面的实施例是示例性的。虽然本说明书可以可以称“某一”、“一个”、或“一些”实施例，但这样不一定意味着每一这种称谓是指同一实施例，或者意味着该特性只应用于某个单独实施例。不同实施例的单独特性也可以被组合而给出其他的实施例。

图1示出光辐射与物质之间相互作用的简化原理。光辐射能够被考虑成占据从约50nm到约500μm的波段。在瑞利(Rayleigh)散射100中，光子的吸收102与光子的发射104有相同能量。在光子的吸收中，总分子能量从正常能级108跳到激励能级110。当总分子能量从激励能级110返回到正常能级108时，瑞利光子被发射。总分子能量的变化能够被考虑成在分子中不同能态之间电子的移动。

正常能级108例如由于振动和/或转动模式，可以有若干子能级112、114、116，而在喇曼散射中，总分子能量可以返回不同的子能级112、114、116而不是它移动前的子能级。当吸收102比发射104有更高的能量时，发射的喇曼辐射是根据斯托克斯(Stokes)散射118，而当吸收和发射的能量反过来时，发射的喇曼辐射是根据反斯托克斯散射120。