实验七 激光拉曼实验
预习思考题：
1.什么叫瑞利散射线、斯托克斯线和反斯托克斯线，它们各自产生的原因是什么？
2.拉曼光谱仪中的聚光镜、集光镜的作用分别是什么？
3.简述如何实现单光子计数？
一、实验目的
1.了解拉曼散射的基本原理；
2.学习使用拉曼光谱仪测量物质的谱线，知道简单的谱线分析方法。
二、实验原理
当波束为?0的单色光入射到介质上时，除了被介质吸收、反射和透射外，总会有一部分被散射。按散射光相对于入射光波数的改变情况，可将散射光分为三类：第一
?5?1类，其波数基本不变或变化小于10cm，这类散射称为瑞利散射；第二类，其波数
变化大约为0.1cm?1，称为布利源散射；第三类是波数变化大于1cm的散射，称为拉曼散射；从散射光的强度看，瑞利散射最强，拉曼散射最弱。
在经典理论中，拉曼散射可以看作入射光的电磁波使原子或分子电极化以后所产生的，因为原子和分子都是可以极化的，因而产生瑞利散射，因为极化率又随着分子内部的运动（转动、振动等）而变化，所以产生拉曼散射。
?1
在量子理论中，把拉曼散射看作光量子与分子相碰撞时产生的非弹性碰撞过程。当入射的光量子与分子相碰撞时，可以是弹性碰撞的散射也可以是非弹性碰撞的散射。在弹性碰撞过程中，光量子与分子均没有能量交换，于是它的频率保持恒定，这叫瑞利散射，如图7-1（a）；在非弹性碰撞过程中光量子与分子有能量交换，光量子转移一部分能量给散射分子，或者从散射分子中吸收一部分能量，从而使它的频率改变，它取自或给予散射分子的能量只能是分子两定态之间的差值?E?E1?E2，当光量子把一部分能量交给分子时，光量子则以较小的频率散射出去，称为频率较低的光（斯托克斯线），散射分子接受的能量转变成为分子的振动或转动能量，从而处于激发态E1，如图7-1（b），这时的光量子的频率为????0???；当分子已经处于振动或转动的激发态E1时，光量子则从散射分子中取得了能量?E（振动或转动能量），以较大的频率散射，称为频率较高的光（反斯托克斯线），这时的光量子的频率为????0???。如果考虑到更多的能级上分子的散射，则可产生更多的斯托克斯线和反斯托克斯线。
最简单的拉曼光谱如图7-2所示，在光
谱图中有三种线，中央的是瑞利散射线，频
率为?0，强度最强；低频一侧的是斯托克斯
线，与瑞利线的频差为??，强度比瑞利线的强度弱很多，约为瑞利线的强度的几百万分之一至上万分之一；高频的一侧是反斯托
克斯线，与瑞利线的频差亦为??，和斯托
克斯线对称的分布在瑞利线两侧，强度比斯
托克斯线的强度又要弱很多，因此并不容易观察到反斯托克斯线的出现，但反斯托克斯线的强度随着温度的升高而迅速增大。斯托克斯线和反斯托克斯线通常称为拉曼线，其频率常表示为?0???，??称为拉曼频移，这种频移和激发线的频率无关，以任何频率激发这种物质，拉曼线均能伴随出现，它只与样品分子的振动转动能级有关。因此从拉曼频移，我们可以鉴别拉曼散射池所包含的物质。
△υ的计算公式为： ???1
??1
?0
式中，λ和λ0分别为散射光和入射光的波长。??的单位为cm-1。
三、 仪器结构与原理
1. 仪器的结构
LRS-II激光拉曼/荧光光谱仪的总体结构如图7-3所示。
（1）单色仪
单色仪是用光栅衍射的方法获得单色光的仪器，它可以把紫外、可见及红外三个光谱区的复合光分解为单色光。单色仪的光学结构如图7-4所示。S1为入射狭缝，M1为准直镜，G为平面衍射光栅，衍射光束经成像物镜M2会聚，平面镜M3反射直接照射到出射狭缝S2上，在S2外侧有一光电倍增管PMT，当光谱仪的光栅转动时，光谱讯号通过光电倍增管转换成相应的电脉冲，并由光子计数器放大、计数，进入计算机处理，在显示器的荧光屏上得到光谱的分布曲线。
图7-3 激光拉曼/荧光光谱仪的结构示意图
S1
图7-4 单色仪的光学结构示意图
（2） 激光器：
本仪器采用40mw半导体激光器，输出波长为532nm的激光，该激光器输出的激光为偏振光。其操作步骤参照半导体激光器说明书。
（3） 外光路系统：
外光路系统主要由激发光源（半导体激光器）五维可调样品支架S，偏振组件P1和P2以及聚光透镜C1和C2等组成（见图7-5）。
M2
图7-5 外光路系统示意图
激光器射出的激光束被反射镜R反射后，照射到样品上。为了得到较强的激发光，采用一聚光镜C1使激光聚焦，使在样品容器的中央部位形成激光的束腰。为了增强效果，在容器的另一侧放一凹面反射镜M2。凹面镜M2可使样品在该侧的散射光返回，最后由聚光镜C2把散射光会聚到单色仪的入射狭缝上。
调节好外光路，是获得拉曼光谱的关键，首先应使外光路与单色仪的内光路共轴。一般情况下，它们都已调好并被固定在一个钢性台架上。可调的主要是激光照射在样品上的束腰应恰好被成像在单色仪的狭缝上。是否处于最佳成像位置可通过单色仪扫描出的某条拉曼谱线的强弱来判断。
（4） 偏振部件：
作偏振测量实验时，应在外光路中放置偏振部件。它包括改变入射光偏振方向的偏振旋转器，还有起偏器和检偏器。
（5）探测系统：
拉曼散射是一种极微弱的光，其强度小于入射光强的10-6，比光电倍增管本身的热噪声水平还要低。用通常的直流检测方法已不能把这种淹没在噪声中的信号提取出来。
单光子计数器方法利用弱光下光电倍增管输出电流信号自然离散的特征，采用脉冲高度甄别和数字计数技术将淹没在背景噪声中的弱光信号提取出来。与锁定放大器等模拟检测技术相比，它基本消除了光电倍增管高压直流漏电和各倍增极热噪声的影响，提高了信噪比；受光电倍增管漂移，系统增益变化的影响较小；它输出的是脉冲
信号，不用经过A/D变换，可直接送到计算机处理。
在非弱光测量时，通常是测量光电倍增管的阳极电阻上的电压。测得的信号或电压是连续信号。当弱光照射到光阴极时，每个入射光子以一定的概率(即量子效率)使光阴极发射一个电子。这个光电子经倍增系统的倍增最后在阳极回路中形成一个电流脉冲，通过负载电阻形成一个电压脉冲，这个脉冲称为单光子脉冲。除光电子脉冲外，还有各倍增极的热发射电子在阳极回路中形成的热发射噪声脉冲。热电子受倍增的次数比光电子少，因而它在阳极上形成的脉冲幅度较低。此外还有光阴极的热发射形成的脉冲。噪声脉冲和光电子脉冲的幅度的分布如图7-6所示。脉冲幅度较小的主要是热发射噪声信号，而光阴极发射的电子（包括光电子和热发射电子）形成的脉冲幅度较大，出现“单光电子峰”。用脉冲幅度甄别器把幅度低于Vh的脉冲抑制掉。只让幅度高于Vh的脉冲通过就能实现单光子计数。单光子计数器的框图见图7-7。
图7-6 光电倍增管输出脉冲分布
整形输出
图7-7 单光子计数器的框图
光子计数器中使用的光电倍增管其光谱响应应适合所用的工作波段：暗电流要小(它决定管子的探测灵敏度)：相应速度及光阴极稳定。光电倍增管性能的好坏直接关
系到光子计数器能否正常工作。
放大器的功能是把光电子脉冲和噪声脉冲线性放大，应有一定的增益，上升时间≤3ns,即放大器的通频带宽达100MHz；有较宽的线性动态范围及低噪声，经放大的脉冲信号送至脉冲幅度甄别器。
在脉冲幅度甄别器里设有一个连续可调的参考电压Vh（域值）。如图7-8所示，当输入脉冲高度低于Vh时，甄别器无输出。只有高于Vh的脉冲，甄别器输出一个标准脉冲。如果把甄别电平选在图7-6中的谷点对应的脉冲高度上，就能去掉大部分(a) 图7-7 甄别器工作示意图
(a)放大器输出 (b)甄别器输出 (b)
噪声脉冲而只有光电子脉冲通过，从而提高信噪比。脉冲幅度甄别器应甄别电平稳定；灵敏度高；死时间小、建立时间短、脉冲对分辨率小于10ns，以保证不漏计。甄别器输出经过整形的脉冲。
计数器的作用在规定的测量时间间隔内将甄别器的输出脉冲累加计数。在本仪器中此间隔时间与单色仪步进的时间间隔相同。单色仪进一步，计数器向计算机送一次数，并将计数器清零后继续累加新的脉冲。
（6） 陷波滤波器
陷波滤波器旨在减小仪器的杂散光提高仪器的检出精度，并且能将激发光源的强度大大降低，有效的保护光电管。LRS-2型配置的陷波滤波器中心波长为532nm，半宽度为20nm。
2. 仪器调整
（1）光学原理图
图7-8 原理图
（2）外光路的调整
以上光学原理图中，其单色仪部分出厂时已由专业人员调整好，操作者不允许自行调整。操作者只需熟悉外光路的调整，即可收到好的拉曼光谱图。
外光路包括聚光、集光、样品架、偏振等部件。调整外光路前，请先检查一下外光路是否正常。若正常立即可以测量。其方法是：在单色仪的入射狭缝处放一张白纸观察瑞利光的成象，即一绿光亮条纹是否清晰。若清晰并也进入狭缝就不要调整。若不正常，即可按下面的方法调整。
①聚光部件的调整
聚光部件是为了增强样品上入射光的辐照功率。本设备采用
图7-10中的序号16聚光透镜2完成的，它使会聚光束的腰部正
好位于试管中心，参阅旁图（因激光光源输出的激光束的发散角
度不同，加之激光束本身很细，所以会聚光束的腰不易观察）。
a、图7-9中的搬手（序号8）是专门用来转动转换镜组的。
当您面对仪器，打开外光路罩，观察搬手位置，若已位于正入射
位置即不要调整；若不对需将搬手向里推到推不动为止，此时为
正入射位置。
b、让激光通过图7-9中的正入射反射镜（序号9）中心，将
光向上反射并垂直入射到试管中心。用眼睛观察激光束要与主机底面垂直。如不垂直，先取出试管，而后观察激光是否通过聚光镜2（图7-10中的序号17
）的中心。若不
是通过中心，请调整正入射反射镜架，该镜架为三维调整架。操作者可以反复调整，直到满意为止，而后将试管装好。此时，若光没有通过试管中心，也不与试管方向平行，此时千万别调正入射反射镜镜架。因为此时的不平行是由于试管架引起的，试管架为四维调整架（图7-10中的序号9）反复调整该架，使试管进入光路中心。
c、观察激光束的最细部分是否位于试管中心（即光学中心）。若不是在中心，请细调聚光镜2（图7-10中的序号17）的焦点，聚光镜2的调整是螺纹调整，上、下调整直到满意为止。完成以上几步，正入射聚光部分调整完成。
②集光部件的调整
集光部件是为了最有效的收集拉曼光。该仪器采用一物镜组（图7-10中的序号3、8）及物镜2（图7-10中的序号11）来完成。
a、参阅图7-10，可以看到物镜组（图7-9中的序号2）的全部结构。首先，拿一张白纸放在单色仪的入缝处，观察是否有绿色亮条纹象与狭缝平行。若此时绿色亮条纹清晰，并进入狭缝，就不需再调整了。若象清晰但未进入狭缝则可调整图7-10中的（序号1）的调节螺钉1，让象进入狭缝。这里主要谈谈若象不清楚的调整方法，参阅图7-10。用纸挡住图7-10中的（序号11）物镜2，将螺钉2（序号7）松开，前后调整物镜1（序号8），目测物镜右端距试
管中心50mm左右，然后用螺钉2锁紧，再
将螺钉1（序号4）松开。前后调整集光镜1
（序号3），并在狭缝入口处放一张白纸，一
边调整，一边观察象，直到象清晰为止。
b、拉曼光谱的收集除了物镜组外，物
镜2也起很大的作用，必须认真调整物镜2，
使其收集的光进入单色仪，将挡住物镜2的
纸取出，松动图7-10（序号13）螺钉3，前
后推动物镜2，并观察入缝处的绿光象，移 到象清晰后，将螺钉2锁紧。但此时物镜2图7-9 外光路结构图 的象不一定与物镜1的象重合。此时可调节1、背光路反射镜； 2、物镜筒； 3、背光图7-10中（序号15）调节螺钉7，使二个象路小反射镜架；4、样品架；5、外光路罩；重合。然后观察该象是否进入单色仪的入6、物镜2；7、转换镜组2； 8、搬手； 9、缝。若没有可以调节图7-10（序号1）调节正入射反射镜；
螺钉1，让绿色的亮条纹进入入射狭缝。
图7-10 外光路结构图二
图7-11 集光部件光路图 1、调节螺钉1； 2、调节螺钉2； 3、聚光
镜1； 4、螺钉1； 5、凹波滤波片安
装位置； 6 、调节螺钉3； 7、螺钉2； 8、 物镜1； 9、试管支架； 10、调节螺钉4； 11、物镜2； 12、调节螺钉5；13、螺钉3； 14、调节螺钉6； 15、调节螺钉7； 16、 波片; 17、聚光镜2 18、背入射小反射镜；③样品架的调整
前面分别介绍了光源、聚光、集光部件的调整方法。平日实验请操作者按以上顺序操作，完成后请放置样品试管，放入后若未通过光学中心，请不要再调入射光镜架。因为此时是因样品架放置不对引起的，所以只调样品支架，样品支架为四维调整架（图7-10中的序号9）。反复调整该支架，使试管进入光路中心。
（3）开机
前面已经完成了外光路的调整，现在只须检查主机与计算机、单光子系统接线是否正确即可开机。
四、 实验内容
（一）记录CCl4分子的振动拉曼谱
1. 要求完整记录包括瑞利线和斯托克斯、反斯托克斯线的振动拉曼谱，体验拉曼光谱的基本实验技术和认识拉曼谱的主要特点。
2. 拉曼光谱仪的外光路调节到使入射激光束铅垂地通过需要放置样品的中心，并且样品最佳地成像于单色仪入射狭缝。
3. 合适地调节信号接收系统的各项参数，使谱图的基线位于记录纸宽度的1/10一1/8处，而最强拉曼线的尖峰位于以2/3一3/4处。
4. 实验报告要求记录所有实验参数，特别要标明狭缝的几何宽度和波长扫描范围； 在谱图上把波长标度换成波数差标度，在各谱线峰尖处标出其波数差值；比较
各谱钱实测的相对强度。
（二）（选作）用拉曼光谱识别化学样品（测量无水乙醇、无水甲醇的拉曼光谱）
五、实验步骤
1. 取出1支液体样品管。用分析纯乙醇清洗内外壁，待挥发之后，倒入样品（四氯化碳分析纯）。将样品管固定在样品架上，再放入样品台上。
2. 光谱仪的聚光系统部分已调好，无需再动。若激光未通过光学中心，则调节样品的四维调整架。反复调整该支架，使在样品容器的中央部位形成激光的束腰。
3. 按照集光部件的调整方法调整好外光路，使得在单色仪的入射狭缝处形成一条清晰的绿光亮条纹，然后将杂散光的成像对准单色仪的入射狭缝上，调整狭缝宽度在0.2mm左右。
4. 启动LRS-II/III应用软件。
5. 通过阈值窗口选择适当的阈值，在参数设置区设置阈值和积分时间及其他参数。
6. 调节狭缝宽度：根据四氯化碳的谱线选择某一波长进行定点扫描，在扫描过程中调节狭缝的宽度，边调节边观察谱线的强度，使强度值达最高点的狭缝宽度为最佳效果。
7. 扫描数据：波长范围从510nm－560nm。
8. 寻找峰值，分别记录瑞利线和斯托克斯、反斯托克斯谱线的波长和强度。
9. 根据记录的峰值计算拉曼频移。
六、注意事项
1. 光电指标是互相关联，又互相制约的，应通过不断摸索找出最佳值。 2. 作谱图时，特别刚倒入样品1—2小时内，经常出现不应有的峰，这是由于样品中含有悬浮物引起的散射，当然还可能有大气中尘埃造成的散射。
3. 本仪器可在一般照明条件下收集拉曼散射，但仍应避免强光直接照射，以免光噪声的增强。
4. 光电倍增管及其与单色仪出射狭缝接口处发生漏光是直接进入光电管的，应特别引起注意。
5. 尘埃会使光学部件性能变坏，尘埃产生的散射将严重的增加光谱仪噪声的背景。因而拉曼分光计应在少尘的室内使用。
6. 拉曼分光计是精密的光学系统。因此要注意防震，工作时仪器外光路的门、盖要轻开轻闭。
七、思考题
1. 光栅单色仪的作用是什么？其入出狭缝宽如何选取？改变狭缝宽对谱线有何影响？
2. 如何调节使样品得到最佳照明从而得到最佳的谱图？步骤和方法如何？
3. 简述域值(甄别电平)对谱线信噪比的影响？如何选择恰当的域值？
【参考资料】
赵凯华. 钟锡华. 光学(下册). 第一版. 北京大学出版社. 2008.6 褚圣麟. 原子物理学. 第一版. 高等教育出版社. 2000.1
吴思诚. 近代物理实验. 第二版. 北京大学出版社. 1995
第二篇：实验六 激光拉曼光谱仪
激光拉曼光谱仪
一．【目的要求】
1.学习和了解拉曼散射的基本原理；
2.学习使用激光拉曼光谱仪测量CCL4的谱线；
二．【仪器用具】
LRS-3型激光拉曼光谱仪、CCL4、计算机、打印机
三．【原 理】
1. 拉曼散射
光照射介质时，除被介质吸收、反射和透射外，总有一部分被散射。散射光按频率可分成三类：第一类，散射光的频率与入射光的频率基本相同，频率变化小于3×105HZ，或者说波数变化小于10-5cm-1，这类散射通常称为瑞利（Rayleigh）散射；第二类，散射光频率与入射光频率有较大差别，频率变化大于3×1010Hz，或者说波数变化大于1cm-1，这类散射就是所谓拉曼（Raman）散射；散射光频率与入射光频率差介于上述二者之间的散射被称为布里渊（Brillouin）散射。从散射光的强度看，瑞利散射的强度最大，一般都在入射光强的10-3左右，常规拉曼散射的强度是最弱的，一般小于入射光强的10-6。
在经典理论中，拉曼散射可以看作入射光的电磁波使原子或分子电极化以后所产生的，因为原子和分子都是可以极化的，因而产生瑞利散射，因为极化率又随着分子内部的运动(转动,振动等)而变化，所以产生拉曼散射。
在量子理论中,把拉曼散射看作光量子与分子相碰撞时产生的非弹性碰撞过程.当入射的光量子与分子相碰撞时,可以是弹性碰撞的散射，也可以是非弹性碰撞的散射。在弹性碰撞过程中,光量子与分子均没有能量交换，于是它的频率保持恒定，这叫瑞利散射；在非弹性碰撞过程中光量子与分子有能量交换, 光量子转移一部分能量给散射分子, 或者从散射分子中吸收一部分能量，从而使它的频率改变，它取自或给予散射分子的能量只能是分子两定态之间的差值
,当光量子把一部分能量交给分子时,光量子则以较小的频率散射出去，称为频率较低的光(斯托克斯线)，散射分子接受的能量转变成为分子的振动或转动能量，从而处于激发态 E1 ,这时的光量子的频率为
;当分子已经处于振动或转动的激发态 E1 时,光量子则从散射分子中取得了能量
(振动或转动能量),以较大的频率散射，称为频率较高的光(反斯托克斯线) ,这时的光量子的频率为
。如果考虑到更多的能级上分子的散射,则可产生更多的斯托克斯线和反斯托克斯线。
最简单的拉曼光谱如图1所示,在光谱图中有三种线，中央的是瑞利散射线，频率为
，强度最强；低频一侧的是斯托克斯线，与瑞利线的频差为
，强度比瑞利线的强度弱很多，约为瑞利线的强度的几百万分之一至上万分之一；高频的一侧是反斯托克斯线，与瑞利斯托克斯线的频差亦为 ,和斯托克斯线对称的分布在瑞利线两侧，强度比斯托克斯线的强度又要弱很多,因此并不容易观察到反斯托克斯线的出现，但反斯托克斯线的强度随着温度的升高而迅速增大.斯托克斯线和反斯托克斯线通常称为拉曼线，其频率常表示为
, 称为拉曼频移,这种频移和激发线的频率无关,以任何频率激发这种物质,拉曼线均能伴随出现.因此从拉曼频移,我们又可以鉴别拉曼散射所包含的物质。
拉曼散射强度正比于入射光的强度,并且在产生拉曼散射的同时,必然存在强度大于拉曼散射至少一千倍的瑞利散射。因此，在设计或组装拉曼光谱仪和进行拉曼光谱实验时，必须同时考虑尽可能增强入射光的光强和最大限度地收集散射光,又要尽量地抑制和消除主要来自瑞利散射的背景杂散光,提高仪器的信噪比。
2.激光拉曼光谱仪的基本结构
激光拉曼/荧光光谱仪的总体结构如图2-1所示。
图2-1 激光拉曼/荧光光谱仪的结构示意图
2.1 单色仪：
图2-2 单色仪的光学结构示意图
S1为入射狭缝，M1为准直镜，G为平面衍射光栅，衍射光束经成像物镜M2会聚，平面镜M3反射直接照射到出射狭缝S2上，在S2外侧有一光电倍增管PMT，当光谱仪的光栅转动时，光谱讯号通过光电倍增管转换成相应的电脉冲，并由光子计数器放大、计数，进入计算机处理，在显示器的荧光屏上得到光谱的分布曲线。
2.2 激光器：
本仪器采用40mw半导体激光器，该激光器输出的激光为偏振光。其操作步骤参照半导体激光器说明书。
2.3 外光路系统
外光路系统：
主要由激发光源（半导体激光器）五维可调样品支架S，偏振
图2-3 外光路系统示意图
组件P1和P2以及聚光透镜C1和C2等组成（见图2-3）。
激光器射出的激光束被反射镜R反射后，照射到样品上。为了得到较强的激发光，采用一聚光镜C1使激光聚焦，使在样品容器的中央部位形成激光的束腰。为了增强效果，在容器的另一侧放一凹面反射镜M2。凹面镜M2可使样品在该侧的散射光返回，最后由聚光镜C2把散射光会聚到单色仪的入射狭缝上。
调节好外光路，是获得拉曼光谱的关键，首先应使外光路与单色仪的内光路共轴。一般情况下，它们都已调好并被固定在一个钢性台架上。可调的主要是激光照射在样品上的束腰应恰好被成像在单色仪的狭缝上。是否处于最佳成像位置可通过单色仪扫描出的某条拉曼谱线的强弱来判断。
2.4 偏振部件：
作偏振测量实验时，应在外光路中放置偏振部件。它包括改变入射光偏振方向的偏振旋转器，还有起偏器和检偏器。
2.5 探测系统：
拉曼散射是一种极微弱的光，其强度小于入射光强的10－6，比光电倍增管本身的热噪声水平还要低。用通常的直流检测方法已不能把这种淹没在噪声中的信号提取出来。
单光子计数器方法利用弱光下光电倍增管输出电流信号自然离散的特征，采用脉冲高度甄别和数字计数技术将淹没在背景噪声中的弱光信号提取出来。与锁定放大器等模拟检测技术相比，它基本消除了光电倍增管高压直流漏电和各倍增极热噪声的影响，提高了信噪比；受光电倍增管漂移，系统增益变化的影响较小；它输出的是脉冲信号，不用经过A/D变换，可直接送到计算机处理。
在非弱光测量时，通常是测量光电倍增管的阳极电阻上的电压。测得的信号或电压是连续信号。当弱光照射到光阴极时，每个入射光子以一定的概率(即量子效率)使光阴极发射一个电子。这个光电子经倍增系统的倍增最后在阳极回路中形成一个电流脉冲，通过负载电阻形成一个电压脉冲，这个脉冲称为单光子脉冲。除光电子脉冲外，还有各倍增极的热发射电子在阳极回路中形成的热发射噪声脉冲。热电子受倍增的次数比光电子少，因而它在阳极上形成的脉冲幅度较低。此外还有光阴极的热发射形成的脉冲。噪声脉冲和光电子脉冲的幅度的分布如图2-4所示。脉冲幅度较小的主要是热发射噪声信号，而光阴极发射的电子（包括光电子和热发射电子）形成的脉冲幅度较大，出现“单光电子峰”。用脉冲幅度甄别器把幅度低于Vh的脉冲抑制掉。只让幅度高于Vh的脉冲通过就能实现单光子计数。
图2-4 光电倍增管输出脉冲分布
单光子计数器的框图见图2-5。
图2-5 单光子计数器的框图
光子计数器中使用的光电倍增管其光谱响应应适合所用的工作波段：暗电流要小(它决定管子的探测灵敏度)：相应速度及光阴极稳定。光电倍增管性能的好坏直接关系到光子计数器能否正常工作。
放大器的功能是把光电子脉冲和噪声脉冲线性放大，应有一定的增益，上升时间≤3ns,即放大器的通频带宽达100MHz；有较宽的线性动态范围及低噪声，经放大的脉冲信号送至脉冲幅度甄别器。
在脉冲幅度甄别器里设有一个连续可调的参考电压Vh。如图2-6所示，当
输入脉冲高度低于Vh时，甄别器无输出。只有高于Vh的脉冲，甄别器输出一个标准脉冲。如果把甄别电平选在图2-6中的谷点对应的脉冲高度上，就能去掉大部分噪声脉冲而只有光电子脉冲通过，从而提高信噪比。脉冲幅度甄别器应甄别电平稳定；灵敏度高；死时间小、建立时间短、脉冲对分辨率小于10ns，以保证不漏计。甄别器输出经过整形的脉冲。
计数器的作用在规定的测量时间间隔内将甄别器的输出脉冲累加计数。在本
仪器中此间隔时间与单色仪步进的时间间隔相同。单色仪进一步，计数器向计算机送一次数，并将计数器清零后继续累加新的脉冲。
3.激光拉曼光谱仪的光学原理图
图3-1 光学原理图
四．【实验步骤】
一、准备样品：用滴管将CCL4注入到药品匙，然后将药品匙放置在样品架上。
二、打开激光器电源。
三、调整外光路（由指导教师完成，学生只需了解方法）
在单色仪的入射狭缝处放一张白纸观察瑞利光的成象，即一绿光亮条纹是否清晰。若清晰并也进入狭缝就不要调整。若不正常，按以下步骤进行调整：
1.放入药品匙之前观察激光束是否与底板垂直，若不垂直，进行调节。
2.聚光部件的调整：将药品匙放置在样品架上，调节样品台上的微调螺钉使聚焦后的激光束位于样品管的中心。
3.集光部件的调整：集光部件是为了最有效的收集拉曼光。该仪器采用一物镜组及物镜2来完成。参阅下图：
首先，拿一张白纸放在单色仪的入缝处，观察是否有绿色亮条纹象与狭缝平行。若此时绿色亮条纹清晰，并进入狭缝，就不需再调整了。若象清晰但未进入狭缝则可调整螺钉，让象进入狭缝。
四、打开仪器的电源；
五、启动应用程序，出现对话框，重新初始化（光栅重新定位）；
六、在参数设置区设置阈值和积分时间及其他参数：
模式:波长方式； 间隔:0.1 nm； 负高压：8；阈值：27-29；
工作波长：515nm-560nm；最大值:16500,最小值:0；
积分时间：120ms；如使用陷波滤波器，选择打勾。
七、单击“单程”扫描，获得谱图。
八、与给定的标准谱图对照，峰值较低时，说明进入狭缝的拉曼光较少，进一步调整外光路。方法如下：利用“自动寻峰”找到最高峰值对应的波长，记录下来；单击“定点”，输入最高峰值对应的波长，输入时间长度100s。依次调节外光路中物镜的俯仰按钮，使对话框出现的能量（左边为时间，右边为能量）出现最大值。
九、单击“检索”，对话框中输入波长515 nm，单击“单程”扫描，获得谱图。
十、存储打印（显示波长和峰值）；
十一、关闭应用程序；
十二、关闭仪器电源和激光器电源。
五．【实验数据】
见附表
六．【实验心得】
1.在专业课学习之余，了解、认识LRS-3型激光拉曼光谱仪，及拉曼光谱。很有收获与意义。可以锻炼自己对高科技产品的认识能力。
2.很好的锻炼了我们的小组合作能力。
激光拉曼光谱仪
实验报告
学院：物理电气信息学院
班级：20##级物理师范二班
姓名：常小琴： 12010245466
王丽霞：12010245504