拉曼光譜就是基于拉曼散射，對(duì)與入射光頻率不同的散射光譜進(jìn)行分析以得到分子內(nèi)部各種簡正振動(dòng)頻率及有關(guān)振動(dòng)能級(jí)的情況，利用這些信息可以鑒定分子中存在的官能團(tuán)以及相關(guān)的化學(xué)結(jié)構(gòu)。具有操作簡便、無損分析等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于食品安全、化工生物、醫(yī)學(xué)、珠寶鑒定、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。

但是，當(dāng)激光照射在樣品上，除了會(huì)產(chǎn)生具有樣品信息的拉曼散射光外，同時(shí)也可能會(huì)產(chǎn)生比拉曼光強(qiáng)度大很多的熒光，嚴(yán)重影響拉曼光譜信號(hào)的檢測。想要得到高質(zhì)量的拉曼光譜，必須對(duì)熒光進(jìn)行分析及抑制。抑制/消除熒光干擾的技術(shù)手段有很多，但都有其局限性，如造成樣品分解、分子結(jié)構(gòu)遭到破壞、光譜失真等情況。而時(shí)間門控拉曼光譜儀從技術(shù)原理上解決了拉曼測試中熒光干擾問題，極大地拓展了拉曼的檢測應(yīng)用范圍。同時(shí)可避免高溫拉曼測試中黑體輻射的強(qiáng)干擾，時(shí)間門控拉曼可將高溫下強(qiáng)烈的黑體輻射背景拒絕而測得真正的拉曼信息。

時(shí)間門控拉曼抑制熒光干擾機(jī)理：拉曼光幾乎在激發(fā)光照射到樣品的同時(shí)產(chǎn)生，且拉曼光壽命一般為10^-11～10^-12，熒光產(chǎn)生時(shí)間較晚，且熒光壽命一般在納秒量級(jí)。使用皮秒脈沖激光，并利用一個(gè)時(shí)間很短的門開關(guān)，只在門開關(guān)打開瞬間探測拉曼光，大多數(shù)熒光被擋在門之外。

時(shí)間門控拉曼光譜的技術(shù)關(guān)鍵是脈沖激光激發(fā)源和靈敏快速檢測器之間的時(shí)間精確同步。檢測器能夠在短激光脈沖中采集拉曼信號(hào)，在檢測器延遲時(shí)間內(nèi)，具有較長延遲的熒光發(fā)射被抑制。時(shí)間門控拉曼由于其較短的測量周期，還能夠抵抗環(huán)境光和熱輻射。

時(shí)間門控拉曼光譜儀的組成和典型配置如圖所示。實(shí)現(xiàn)時(shí)間門控拉曼的關(guān)鍵部件：①具有快速重復(fù)率的脈沖激光器；②延遲發(fā)生器（通過光電可調(diào)延遲設(shè)置與檢測器光譜儀單元同步，并與計(jì)算機(jī)同步，計(jì)算機(jī)起到控制器和測量裝置的作用）；③超靈敏、快速檢測器。大部分脈沖激光能量聚焦在樣品點(diǎn)上用于激發(fā)，但有一部分用于通過延遲發(fā)生器觸發(fā)檢測器的時(shí)間門控裝置，其時(shí)間門可調(diào)，將熒光信號(hào)和拉曼信號(hào)分離，圖譜由電腦讀出。

自從早期使用大型昂貴的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備（如光克爾門）以來，由于光譜儀和電子元件生產(chǎn)的進(jìn)步，時(shí)間門控方式抑制熒光的技術(shù)方法已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步，降低了設(shè)備的復(fù)雜性和成本，有了更實(shí)惠的小型機(jī)選擇。

芬蘭Timegate公司推出的PicoRaman時(shí)間門控拉曼光譜儀采用高頻率的皮秒脈沖激光器用于激發(fā)，以及互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體單光子雪崩二極管（Complementary metal oxide semiconductor single-photon avalanche diodes，CMOS-SPADs）陣列檢測器。

與MCPs、PMTs和CCDs相比，SPAD檢測器用于時(shí)間門控拉曼光譜儀的優(yōu)點(diǎn)可以總結(jié)如下：

（1）CMOS工業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)使得高速電子器件與SPAD的結(jié)合設(shè)計(jì)降低了復(fù)雜性，從而降低制造成本；

（2）尺寸小，提高系統(tǒng)集成能力，從而降低空間要求；

（3）由于檢測器的短占空比和低暗電流，無需制冷；

（4）靈敏度更高，即使一個(gè)光子進(jìn)入檢測器的耗盡區(qū)，也會(huì)觸發(fā)雪崩擊穿，直接產(chǎn)生高速邏輯電平脈沖，用于讀出測量電子，在快速情況下不會(huì)產(chǎn)生明顯的讀出噪聲，不需要額外的前置放大器來達(dá)到這種靈敏度水平；

（5）具有更好的時(shí)間分辨率。

如果您在樣品的拉曼測試過程中正在被熒光或高溫所困惑，可以了解一下時(shí)間門控拉曼技術(shù)，它可以從技術(shù)原理上解決熒光干擾問題，拓展拉曼應(yīng)用，使您對(duì)復(fù)雜樣品分析變得非常輕松；它可以消除高溫測試背景輻射干擾，將高溫樣品的強(qiáng)烈背景輻射剔除從而測得真正的拉曼信號(hào)！