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拉曼光谱作为一种非弹性散射光谱,其光谱中特征峰的位置、形状、相对强度反映了不同物质的成分、不同物质的微观结构和内部结构的特有信息,具有指纹识别的特征,因此被称之为“指纹谱”。作为一种分子光谱,拉曼光谱对于物质检测来说具有无需样品制备,非接触,无损,安全,快速,同时水可以作为溶剂的等优点,被广泛应用于物理、化学、生物医学、地质学、材料学等领域。随着光谱仪技术以及包含在光谱仪中的激光器和探测器的性能的提高,适用于拉曼光谱技术的光谱数据处理方法都不断取得极大的发展和进步,因此,无论是用户还是科研工作者对使用拉曼光谱技术进行拉曼探测提出了更高的要求、寄予了更多的期望。空间外差拉曼光谱技术是一种新型的傅里叶变换型拉曼光谱技术,在迈克尔逊干涉仪的基础上,两个干涉臂的反射镜用无需移动的光栅代替,具有了傅里叶光谱技术的高光通量、高光谱分辨率、可进行视场展宽等优点,同时又没有运动元件,因而光谱仪具备结构紧凑等优点。空间外差光谱仪在拉曼光谱的探测和其他光谱应用领域中展现出了极好的潜力和前景,并成为了相关研究领域的热点。但是,传统空间外差拉曼光谱仪器的光谱分辨率和光谱探测范围这两个极其重要的参数是一对相互制约的关系:分辨率越高,光谱范围越窄;光谱范围越宽,分辨率越低。现如今,通常研究型的拉曼光谱仪须满足光谱分辨率小于4 cm-1,同时探测范围大于4000 cm-1的需求。为了满足微弱拉曼光谱信号的高分辨率和宽波段的探测,本文设计并搭建了不同类型的空间外差拉曼光谱装置,提高了空间外差拉曼光谱仪的信噪比,解决了传统空间外差技术中分辨率和光谱范围制约的问题,最终实现了空间外差拉曼技术实现了对于高光通量、宽波段、高分辨率拉曼光谱的探测,并进行了相关的拉曼光谱应用。具体主要研究内容如下:1.对拉曼光谱理论和技术进行了的介绍,总结了拉曼光谱技术应用存在的缺点以及光谱仪器的类型和性能要求,归纳出了空间外差光谱技术的发展趋势和存在的优缺点。2.根据干涉原理和斯涅尔定律,建立了视场展宽的空间外差光谱数学模型。在三维空间坐标系中,利用光学矢量追迹的方法,根据折射定律和光栅衍射方程,可得到经过分束棱镜,视场展宽棱镜以及光栅后,光线的传输方向和光线到达每一个光学器件的位置,最后仿真出两束光的空间光程差分布。为空间外差光谱仪选择合适折射率和顶角的棱镜奠定了理论基础。3.根据视场展宽理论,设计并搭建了二维视场展宽的空间外差拉曼光谱仪实验系统,该系统中两个干涉臂中使用棱镜可以有效提高空间外差拉曼光谱仪的光通量。在同样激光功率和探测器积分时间条件下,与没有经过视场展宽的空间外差光谱仪进行对比,实验结果表明视场展宽的空间外差光谱仪的信噪比可以提高大约2.58倍。此外,与商业拉曼光谱仪器对比,视场展宽的空间外差拉曼光谱仪所探测得到光谱的强度可大大提高。此外,进行了对硫磺、四氯化碳、硫酸钠、硫酸钾以及不同固体和液体混合拉曼样品的拉曼光谱探测。实验结果表明视场展宽的空间外差技术对于微弱拉曼信号的探测具有很大的潜力。4.为解决空间外差光谱技术中光谱分辨率与光谱探测范围的矛盾问题,设计并搭建了两种中阶梯型空间外差拉曼光谱仪实验系统。该技术利用中阶梯光栅可以进行多级次衍射的特性,每一个级次都有一定的光谱范围,因此光谱仪拓展到宽光谱探测。对于平面镜-中阶梯光栅系统,为了避免级次混叠,将中阶梯光栅绕x轴一定的角度,使得在探测器上的每个级次对应的光谱位置分开,使用了中阶梯光栅的四个级次（14、15、16、17）,仪器的理论分辨率为1.051 cm-1,总的光谱范围可以达到大约4284 cm-1左右。对于双中阶梯空间外差拉曼光谱系统,两个干涉臂的衍射光栅用中阶梯光栅代替,使用掩模板来消除中阶梯光栅之间的级次混叠。通过定标和拉曼光谱探测,使用15、16、17三个衍射级次,可得到其光谱仪的光谱理论分辨率为1.21 cm-1,光谱仪总的光谱宽度为3590 cm-1。以上两种技术,利用中阶梯光栅多衍射级次的特点,实验验证了单次高分辨与宽波段的拉曼光谱的探测。5.为满足空间外差光谱系统对于高光通量、高分辨率和宽光谱的探测,结合视场展宽技术,设计并搭建了一套视场展宽的拼接光栅型空间外差拉曼光谱仪实验装置,将两个不同刻线密度的光栅拼接在一起,用来代替传统的空间外差拉曼光谱仪中两个衍射光栅,可看做是两个不同探测范围的传统空间外差拉曼光谱仪,每个子光谱仪具有不同的光谱探测范围,并在光谱仪的两个干涉臂中楔入设计加工的棱镜。最后不仅总的光谱被两个子光谱仪所具有的探测光谱范围分割成两个部分,同时光谱仪信噪比也得到提高。实验验证了可通过光栅拼接技术,可得到了光谱仪理论分辨率为2.856 cm-1,光谱探测范围为5638 cm-1;对比没有视场展宽的拼接型空间外差拉曼光谱,视场展宽的拼接型空间外差光谱的信噪比可提高11倍,最终实现了高光通量、宽波段、高分辨的拉曼光谱探测。6.基于提出的高光通量、高分辨率、宽波段空间外差拉曼光谱技术,搭建了一套视场展宽的拼接型空间外差光谱试验设备,编写了相关软件,使用该技术对矿石、硫酸盐、不同浓度的硫酸盐溶液的进行拉曼光谱探测,结果表明该技术可区分并定量分析含SO42-的物质,为该技术在水污染、地质、海洋、火星等领域进行应用打下基础。