穆斯堡尔光谱仪

通过将先进的数字化电子元件与布鲁克优质的光学元件相结合，您可以将高性能FT-拉曼系统发挥至极致。直观易用的OPUS 软件能够控制MultiRAM的所有数据采集和操作功能。得益于实时的光谱显示，您可以通过该软件控制包括激光功率和样品位在内的各种分析状态。高性能MultiRAM配置能够为您提供广泛的光谱范围3600 – 50 cm-1（斯托克斯位移）。MultiRAM 的核心是配备了镀金光学元件和永久准直RockSolidTM 布鲁克专有干涉仪，它能够提供严苛的发射试验所必须的卓越稳定性和通量（如拉曼光谱分析）。取样灵活MultiRAM 可配备第二个激光检测系统、自动极化附件和双光纤耦合端口，旨在实现卓越的灵活性。较大的样品室可从三侧进入，可切换至 90° 散射几何形状，具备散焦光学元件，这对于分析热敏感样品而言至关重要。用于优化样品位的电动样品台，以及用于校正仪器响应光谱的白色光源也是 MultiRAM 标配之一。至于其它取样附件，如自动样品转换器，有低温和高温档可供选择。FT-拉曼显微镜 RamanScopeIII 与布鲁克紧凑型拉曼显微镜 SENTERRA II 相结合所产生的独一无二的功能，可将拉曼光谱分析拓展至微米尺寸范围。灵敏度与稳定性布鲁克专有的无摩擦RockSolid干涉仪配备了宽带石英分束器，确保了系统的极佳灵敏度和稳定性。用于样品激发的Nd:YAG激光源（1064 nm）完全由软件控制。系统可配备一个或两个室温InGaAs检测器以及一个专有的高灵敏度Ge检测器。高通量光学元件和布鲁克独一无二的液氮冷却锗二极管检测器，能够为您带来超低信号检测，噪声达到最小，从而确保卓越的灵敏度。制冷剂保存时间较长，可实现长达一整周的无忧运行。

一、前言作为物质存在的第四种状态的等离子体通常由电子、离子和处于基态以及各种激发态的原子、分子等中性粒子组成。等离子体中带电离子间库伦相互作用的长程特性，是带电粒子组分的运动状态对等离子体特性的影响起决定性作用，其中的电子是等离子体与电磁波作用过程中最重要的能量与动量传递粒子，因此，等离子体中最重要的基本物理参数是电子密度及其分布以及描述电子能量分布的函数以及相应的电子温度。而对于中高气压环境下产生的非热低温等离子体来说，等离子体中的主要组分是处于各种激发态的中性粒子，此时除了带电粒子外，中性粒子的分布和所处状态对等离子体电离过程和稳定性控制也起着非常重要的作用，尤其是各种长寿命亚稳态离子的激发。为了可以充分描述等离子体的状态，在实验上不仅要对带电粒子的分布和运动状态进行诊断，如电子温度、电子密度、电离温度等参数，还需要对等离子体中的中性粒子进行必要的实验测量，来获得有关物种的产生、能量分布以及各个激发态布居数分布等信息，如气体温度、转动温度、振动温度、激发温度等参数。基于这种要求，结合相关学科的各种技术形成了一个专门针对等离子体开展诊断研究的技术门类，如对等离子体中电子组分的诊断技术有朗缪尔探针法（Langmuir Probe），干涉度量法(Interferometer)，全息法(Holographic Method)，汤姆逊散射法(Thomason Scattering, TS)，发射光谱法(Optical Emmission Spectroscopy, OES)等，对离子组分的光谱诊断技术有光腔衰减震荡(Cavity Ring-Down Spectroscopy, CRDS)和发射光谱法(OES)，而对中性粒子的光谱诊断技术包括了吸收光谱法(Absorption Spectroscopy, AS)，发射光谱法(OES)，单光子或者双光子激光诱导荧光(Laser Induced Fluorescence, LIF)等。二、汤姆逊散射（Thomson Scattering）基于激光技术发展起来的汤姆逊散射诊断原本用于高温聚变等离子体的测量，借助激光技术和光电探测技术的突飞猛进，汤姆逊散射在近年也大量应用于低温等离子体的密度和电子温度的测量。汤姆逊散射具有空间分辨率高（局域测量），测量值稳定可靠等优点。测量的物理量：电子温度：下限0.1e密度：下限1019m-3.图1. 汤姆逊散射分析系统结构示意图2.1、激光束在等离子体中的束斑大小（束径DLP）激光束经过透镜聚焦，等离子体应该位于透镜的焦点，以达到激光束在等离子体中有最小的束径，最高的功率密度。DLP = f´ q其中f是聚焦透镜的焦距，q是激光束发散角，考虑各种综合因素，实际束径是上述公式的2倍左右。假设使用f=1000mm的聚焦透镜和q=0.5mrad的激光束，DLP大约是1mm。2.2、收集光学系统的光纤的像斑（fP）与等离子体中激光束径DLP的匹配为了有效的收集激光束上的散射光子，光纤的像斑fP应该完全覆盖激光的束径。理想情况是光纤的像斑与DLP尺寸完全相同，并且二者完全重合，这样激光的散射光最大，同时背景非散射光最小。但是考虑到实际的准直的难度，这样的理想条件在有限的资金投入下很难实现。建议fP是DLP的两倍，既能有效的收集散射光子，也能比较容易准直。如果DLP =1mm, fP =2mm是比较合适的。2.3、光纤的芯径、布局和光谱仪以及ICCD的选择汤姆逊散射谱线展宽与温度的关系如下：汤姆逊散射角度 Theta=90度；me是电子质量，c是光速，kB是玻尔兹曼常数，公式右边分母下面：是激光的波长 532nm；分子是谱线展宽，不过是1/e展宽因此汤姆逊散射光谱的半高宽△λ1/e（nm）与等离子体温度Te（ev）的关系可以简化为△λ1/e=1.487×Te1/2Te eV0.10.20.30.4124510△λ1/e nm0.470.530.810.941.492.102.973.324.70表1. 电子温度与汤姆逊散射谱半高宽对应值在光谱仪没有入射狭缝或者入射狭缝宽度超过光纤的芯径的情况下，光纤的芯径实际决定了谱仪的实际分辨率（仪器展宽）：△λof = fof ´ LSPfof是光纤的芯径，LSP是谱仪的倒线色散率。针对于此应用，可以考虑选择两款光谱仪，分别是：1、Zolix 北京卓立汉光仪器有限公司的Omni系列 750mm的谱仪，如果使用1200l/mm的光栅，LSP = 1nm/mm。测量电子温度的原则是仪器展宽应该与最低温度的展宽相当，才能有效的测量到最低温度。2、选用207（670mm焦距）光谱仪，在搭配1200l/mm光栅的情况下，LSP=1.24nm/mm，可以满足要求。同时可以考虑搭配1800l/mm光栅，这样的话可以兼容高电子温度和低电子温度的同时测量，以及同时兼顾高分辨和宽光谱。原则上，使用芯径400mm的光纤，△λof=0.4-0.48nm，完全符合0.1eV的测量要求。但是还是建议谱仪安装入射狭缝，靠狭缝来控制分辨率，不仅确保0.1 eV的测量要求，还能实现更低的温度测量。同时在调试阶段，靠狭缝来控制通光量，以免532nm的激光杂散光太强，对ICCD造成破坏。另一方面ICCD的尺寸决定了光纤的排布数量。光纤数量越多，对汤姆逊散射这种微弱光测量是越有利的。在信号很弱的时候，可以把几道合成一道使用，以增加信噪比，提高信号质量。因此在波长覆盖范围（CCD的横向尺寸）满足要求的情况下，ICCD的纵向尺寸应该尽量大一些，以便容纳更多的光纤。选用iStar 334T探测器，这款CCD的尺寸是13.3 ´ 13.3 mm，对焦距目前的光谱仪无论是Omni-750还是207在搭配1200l/mm光栅的情况下，波长覆盖范围是13nm左右，同时纵向13.3mm，容纳的光纤数量也更多，可以做更多的多道光谱。如果已有更大面阵的CCDsCMOS或高速相机，可以考虑使用Zolix 卓立汉光的IIM系列镜头耦合像增强模组与之配合，达到类似ICCD的功能和效果，同时获得更大的相机选取自由度；IIM 内部可以选择25mm 尺寸的增强器，1：1耦合到CCD, 可以获得更大的成像面，双层增强器也可以获得更高的增益；光纤的布局是一字型密集排布，在13mm的长度内，尽量的密布尽可能多的光纤。同时光纤应该严格排列在一条直线上，整排光纤的偏心距小于20mm。2.4、收集透镜的选择等离子体中心到透镜的距离L和光纤的芯径，及像斑决定了收集透镜的焦距。举例如下：如果像斑要求是fP =2mm，光纤芯径400mm, 则物像比是4，如果L=320mm, 则透镜的焦距就是320/4=80mm。同时如果观测的等离子体范围是50mm，那光纤一字排开的范围就是50mm/4=12.5mm。这个宽度和连接谱仪一侧的光纤束的尺寸很接近了，连接收集透镜一侧光纤也应该是密集排布，这样两端容纳的光纤数量就是匹配的。2.5、瑞利散射的滤除与使用瑞利散射信号通常也可以用来测试重粒子的相关信息比如中性原子。但是相比于瑞利散射法来说，作为弹性散射的汤姆逊散射法更多用于自由电子的测试。和离子与原子相比，由于自由电子的速度更快，质量更轻，因此具备更宽的光谱展宽。比较强的杂散光信号与更强的瑞利散射信号则可以通过例如布儒斯特窗、笼式结构或者黑丝挡板的方式滤除掉。图2 滤除瑞利散射的笼式结构示意光路因此在实际的测试过程中，如何合理地使用这些信号为等离子体诊断服务，则是另一个相关的话题。如图3[1]所示，为实际测试过程中得到的瑞利与汤姆逊散射信号如图4[2]所示，为实际测试过程中得到的滤除瑞利散射后的汤姆逊散射信号图3 包含瑞利散射与汤姆逊散射的实测信号图4 滤除瑞利散射后的汤姆逊信号2.6其他附属部件光电倍增管谱仪第二出射口配宽度可调的狭缝三维调整光学支架，用以调节镜头的方位和方向三、整体解决方案汇总推荐根据用户需求，一般推荐的配置如下：光谱仪：Zolix 北京卓立汉光仪器有限公司的Omni-500I 或750i光谱仪搭配1200l/mm和1800l/mm的全息光栅高光通量光谱仪，搭配120*140mm 或110*110mm 的大尺寸，高分辨率的1200l/mm光栅和1800l/mm光栅探测器：ICCD, 18mm 增强器，13*13mm 探测面；Zolix卓立汉光 公司的IIM-A系列 镜头耦合像增强模组，配合更大面阵的CCD或sCMOS相机， 18mm或25mm 的大面积增强器，灵活的CCD 相机选择； DG645数字延迟脉冲发生器：用于系统触发控制标准A光源，用于系统强度校准其他的配件：包括多道光纤，收集光路，可以后续一并考虑，先购买标准部件参考文献[1] Yong WANG, Cong LI, Jielin SHI, et al. Measurement of electron density and electron temperature of a cascaded arc plasma using laser Thomson scattering compared to an optical emission spectroscopic approach[J]. Plasma Sci. Technol. 19 (2017) 115403 (8pp) [2] Ma P, Su M, Cao S, et al. Influence of heating effect in Thomson scattering diagnosis of laser-produced plasmas in air[J]. Plasma Science and Technology, 2020.

仪器简介：PerkinElmer Spotlight 400/400N 傅立叶变换红外/近红外成像系统 提升您实验室的能力水平到艺术的境界 不是每一天都会有杰作产生，但 Spotlight的确是一个杰作，否则我们还怎么去描述一台实验室仪器能够如此大幅度地，跨越多个应用领域，来增加工业界对材料的了解呢？由于有了Spotlight 400，红外成像比以前变得更快、更有效并且更灵活了。Spotlight 400实在是这个世界上方便好用、有效的实验室傅里叶变换红外成像系统。 红外成像系统性能和速度的新纪元 Spotlight 400能够以每秒170张的高速采集高品质的红外光谱数据，让你以前所未有的速度获得红外图像。在研究领域，你能通过红外图像得到更深层次的启迪；对于分析实验室，你能提高判断和解决问题的能力，归根结底，通过红外图像你将比以前更加了解材料、组织成分和你的产品。 Spotlight 400无与伦比的性能和可靠源于一系列专利的革新技术，包括第一个用于红外成像的线阵列检测器以及数据采集和控制电子线路技术，这些突破带来的就是PerkinElmer高速和高品质的红外图像仪。Spotlight 400同样在灵活性方面开辟了新天地，除了6.25&mu 和25&mu 像素分辨率之外，PerkinElmer现在可以用50&mu 像素分辨率进行更快的探查性成象。这种灵活性对于那些不需要高空间分辨率的应用将特别有价值。现在可以比以前快四倍来做一次粗扫描，为所有的难题分析或常规质量保障提供一个理想的初筛工具。通过使用图像ATR(衰减全反射)附件，Spotlight 400进一步提高了应用能力，能够适应各种各样的样品类型，包括测试那些困难的或无反射的样品。同时空间分辨率突破常规红外图象的物理限制达到1.56&mu 。另外，Spotlight 400还赋予你通过单次操作测试多重成象区域的能力；该系统的无人值守方式允许通宵实验，可以充分利用资源；可选的大样品台增加了可用的采样区域，允许一次测试多个样品或测试面积非常大的样品，提供有关样品的更多信息和获得高效率。 技术参数：Spotlight 400线阵列检测器 &mdash &mdash 美在于细节 Spotlight 400的心脏是它独特的线阵列检测器，提供高的信息质量，并且比任何其它红外光谱成像系统更快。 线阵列检测器技术提供的性能、可靠性和样品处理能力远胜过那些焦平面阵列（FPA）检测器，对于任何大小样品区域和相应的分析时间，线阵列检测器能提供高得多的灵敏度和宽得多的光谱范围。Spotlight 400把16个带有镀金信号线的独立优质MCT红外检测器元件合并成为线阵列检测器，检测器以精确的线性模式扫过样品，专利的载物台移动与干涉仪同步获得大的数据采集速度，所有的16个检测器单元以100%曝光系数记录数据，确保图像质量，Spotlight不需要在速度和灵敏度上折衷的设计，带来的是好的数据质量，所以经常单次扫描就能获得高质量、宽范围的光谱。采样灵活性之高与采样时间之短远超过任何其它仪器。 与此相反，传统的焦平面阵列检测器需要多次循环重复采样才能获得可比较的数据质量，而且光谱范围也缩小了。Spotlight 400检测器提供测量到超过720cm的能力，可以更好地检测材料的特性，这对许多竞争对手的傅里叶变换红外成像系统来说是不可能的。 Spotlight获得专利的检测器在同一个杜瓦瓶的单一衬底上将一排窄带的MCT阵列检测器和一个中带的MCT检测器组合起来，PerkinElmer的Spotlight不需要定位调整您也不会像使用焦平面阵列检测器那样遭遇像素坏点。中带单点检测器对于希望扩展光谱范围非常有用并且能提供好的灵敏度，很容易地在性能上超越目前行业中常用的红外显微镜系统。随着鼠标的轻轻一击，检测器的模式就能改变。除此之外没有任何其他移动部件， 保证了仪器有非常好的可靠性。 Spotlight可以相当快地获取图像并且它能够快速移动样品台以测量用户指定的图像尺寸，样品台与光谱仪的干涉仪直接相连并且在干涉仪改变方向的瞬间随之同步移动，最多每秒可改变五次方向，样品台位置的重现性可达到0.001%。