Impact of Substrate on Tip-enhanced Raman Spectroscopy --- A Comparison of Frequency Domain Simulations and Graphene Measurements
尖端增强拉曼光谱(TERS)在环境条件下的测量已经达到纳米空间分辨率,在超高真空下达到亚纳米分辨率。已经获得了超分辨率(超过尖端顶点直径)TERS,主要是在间隙模式配置中,其中导电衬底将电场局部化。在这里,我们提出了实验和理论TERS探索负责光谱增强的场分布。我们使用$40\pm 10 \ \text{nm}$顶点直径的金尖端来测量石墨烯上的TERS,石墨烯是一种空间离域的二维样品,位于不同的基底上:(i)玻璃,(ii)薄层金和(iii)覆盖有$12\ \text{nm}$直径金球的表面,在环境条件下实现了$6\ \text{nm}$分辨率。超分辨率是由于耦合的针尖-样品-衬底系统产生的场配置,表现出非平凡的空间表面分布。场分布和对称性选择规则是不同的非间隙与间隙模式配置。这影响了依赖于拉曼模式对称性和衬底结构的整体增强。
2020-01-18 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Picocavity-Enhanced Raman Spectroscopy of Physisorbed H$_2$ and D$_2$ Molecules
本研究在10 K下对物理吸附于等离激元皮腔的H₂、D₂分子开展针尖增强拉曼光谱研究,观测到亚纳米间隙下的强拉曼峰及H-H伸缩频率的显著同位素红移效应,并通过理论计算揭示其源于表面分子密度差异。
2025-05-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Coherent anti-Stokes Raman Spectroscopy of single and multi-layer graphene
我们通过相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)报告了单层和多层石墨烯中G声子的受激拉曼光谱。由三阶非线性产生的信号由振动非共振背景(NVRB)主导,其模糊拉曼线形。我们证明了振动共振CARS峰可以通过减少激光激发脉冲的时间重叠来测量,抑制NVRB。考虑到CARS和NVRB的电子共振性质,我们对观察到的光谱进行了建模。我们表明,CARS可以用于振动灵敏度的石墨烯成像。
2019-01-21 cond-mat.mes-hall physics.optics
Quantum State Absorptions Coupled To Resonance Raman Spectroscopy Could Result In A General Explanation of TERS
尖端增强拉曼散射(TERS)通过采用探针的尖端与表面超近距离相互作用来放大振动拉曼散射的强度。虽然对TERS过程的一般理解仍有待充分阐明,但扫描隧道显微镜(STM)反馈通常在TERS中成功地应用,以保持贵金属探针与贵金属衬底紧密接近。由于这样的STM TERS是一种常见的方式,等离子体激元场可能引起的隧道过程中的影响进行了调查和报告。此外,TERS的二维共振分子系统,二硫化钼双层晶体和二维非共振,脂质分子双层进行了比较。多个激发波长和表面的共振系统在近场(TERS)和远场制度的数据报告。在传统的共振拉曼散射的框架内的弱耦合相互作用的基础上的解释可以解释所观察到的TERS增强。另一方面,非共振分子脂质系统需要强耦合才能充分理解所报道的观测结果。
2016-08-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Raman-detected quantum dot microscopy for nanoscale electrostatic potential imaging
Institute of Organic Chemistry and Biochemistry, Czech Academy of Sciences(捷克科学院有机化学与生物化学研究所);Institute of Physics, Czech Academy of Sciences(捷克科学院物理研究所);Faculty of Mathematics and Physics, Charles University(查理大学数学与物理学院)
本研究提出一种基于针尖增强拉曼散射的量子点显微镜新方法,可实现纳米尺度静电势成像,速度快、复杂度低,与传统力谱方法定量等效,其强度变化源于分子拉曼散射共振态跃迁。
2026-08-18 cond-mat.mes-hall physics.optics
Surface enhanced Raman spectroscopy using a single mode nanophotonic-plasmonic platform
表面增强拉曼光谱(SERS)是用于增强拉曼信号的成熟技术。最近,光子集成电路已被用于作为基于激发和收集的显微镜的替代方案,以探测来自外部金属纳米颗粒的SERS信号。然而,为了开发定量的芯片上SERS传感器,需要集成专用的纳米等离子体天线和波导。在这里,我们通过首次展示从集成的蝴蝶结纳米天线产生SERS信号来弥合这一差距,该信号由单模波导激发和收集,并严格量化增强过程。与自由空间拉曼散射相比,由4-硝基硫酚涂层的蝴蝶结天线产生的引导拉曼功率显示出8 x 10^6的增强。一个很好的对应关系,得到理论预测和观察到的绝对拉曼功率之间。这项工作为完全集成的芯片实验室系统铺平了道路,其中单模SERS探针可以与其他光子,流体或生物功能相结合。
2015-08-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Adaptive tip-enhanced nano-spectroscopy
尖端增强纳米光谱和成像,如尖端增强光致发光(TEPL),尖端增强拉曼光谱(TERS),和其他,已成为不可或缺的材料科学的单分子研究。然而,这些技术由于缺乏对尖端顶点结构的纳米级控制而遭受不一致的性能,这通常导致不可再现的光谱、空间和偏振分辨成像。而不是完善尖端制造来解决这个问题,我们追求的是通过自适应光学优化尖端顶点处的纳米光学矢量场的逆方法。具体而言,我们展示了激发场的动态波前整形,以有效地将光耦合到尖端,并自适应地控制增强的灵敏度和偏振控制的TEPL和TERS,其性能超过了传统尖端制造和最佳激发偏振所能实现的性能。采用序列反馈算法,我们实现了WSe $_2$单层的4.4 $\times$ 10 $^4$倍TEPL增强,其比没有波前整形的正常TEPL强度大>2 $\times$,以及迄今报道的过渡金属二硫属化物(TMD)单层的最大等离子体增强PL强度。此外,与动态近场偏振控制的TERS,我们展示了灿烂甲酚蓝(BCB)分子的构象异质性的调查,以及可控的观察,由于一个大的梯度场效应的红外活性模式。因此,自适应尖端增强光谱和成像提供了一种新的系统方法,使光学纳米成像更强大,通用,广泛部署的计算纳米。
2020-09-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Metal-Dielectric-Graphene Sandwich for Surface Enhanced Raman Spectroscopy
通过插入薄的高\k{appa}介电层来增强罗丹明B(RhB)的拉曼强度,所述介电层降低金-石墨烯界面处的表面等离子体激元阻尼。结果表明,通过等离子体共振增强,拉曼强度急剧增加,同时保持有效的荧光猝灭与优化的电介质层厚度。
2014-07-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Continuous-wave coherent Raman spectroscopy for improving the accuracy of Raman shifts
拉曼光谱是一种很有吸引力的技术,它可以在几乎不需要样品制备的情况下探测各种材料中的分子振动。然而,准确和可靠的拉曼测量仍然是一个挑战,需要更强大和实用的校准方法。我们演示了一个简单的低成本连续波受激拉曼光谱方案的准确和高分辨率光谱的实施。我们在聚苯乙烯样品上进行了散粒噪声限制的连续波受激拉曼散射(cwSRS)和连续波相干反斯托克斯拉曼散射(cwCARS)。我们的方法能够准确测定拉曼位移的不确定性低于0.1厘米$^{-1}$。该装置用于表征拉曼光谱仪校准所需的参考材料。与现有的标准相比,我们提供了一个数量级的改善拉曼能量移动的不确定性在聚苯乙烯标准物质。
2020-01-03 physics.optics
Intracavity Dual-Resonance Stimulated Raman Spectroscopy with Cavity Ringdown Readout for Resolving Hydrogen Rotational Raman Transitions
Department of Mechanical and Automation Engineering, The Chinese University of Hong Kong(香港中文大学机械与自动化工程学系)
本研究开发了结合腔衰荡读出的腔内置双共振受激拉曼光谱技术,实现千赫兹级光谱分辨率,首次测得氢转动拉曼跃迁S₀(1)和S₀(0)的完整迪克窄化演化,为气相拉曼线形测量建立基准并约束压力相关线宽模型。
2026-09-01 physics.optics
Surface plasmon resonances of metallic nanostars/nanoflowers for surface-enhanced Raman scattering
我们从理论上研究了具有低阶切比雪夫纳米颗粒(如圆尖纳米星或纳米花)的截面的金属纳米线的等离子体共振相关的光学性质。通过共振的光谱依赖性,以及它们相应的近场分布,针对不同的对称性和变形参数,分析了纳米花形状的影响。除了尖端本身之外,在花瓣之间的间隙处获得大的场强度增强,这使得这些纳米星/纳米花特别适合于SERS传感应用的宿主分子。
2009-10-22 physics.chem-ph physics.optics
Spectral interferometric polarised coherent anti-Stokes Raman spectroscopy
我们已经开发了一种相干反斯托克斯拉曼散射(CARS),使宽带相干拉曼光谱无非共振背景(NRB),与浓度成正比的信号强度的干涉实现。光谱将模式对称性信息编码到幅度响应中,其可以直接与偏振自发拉曼光谱进行比较。该方法只需要被动偏振光学,适用于宽范围的激光线宽和脉冲持续时间
2013-03-22 physics.optics
Enhanced spectral resolution for broadband coherent anti-Stokes Raman spectroscopy
宽带傅里叶变换相干反斯托克斯拉曼光谱的光谱分辨率受到干涉仪在短时间内扫描的最大光程差的限制。然而,傅里叶变换的替代方案存在,可以绕过这个限制与某些假设。我们应用这样一种方法,宽带相干拉曼光谱使用干涉仪与短延迟线(低傅立叶光谱分辨率)和大延迟线(高傅立叶光谱分辨率)。用这种方法,我们证明了宽带相干拉曼光谱的紧密间隔的振动带是可能的,使用短延迟线干涉仪,具有优越的光谱分辨率较长的延迟线仪器。我们讨论了这种方法如何可能是特别有用的更复杂的拉曼光谱,如从生物样品测量。
2020-01-17 physics.optics
Dual-tip-enhanced ultrafast CARS nanoscopy
相干反斯托克斯拉曼散射(CARS),特别是飞秒自适应光谱技术(FAST CARS)已成功地用于分子光谱和显微成像。超快纳米光学的最新进展为光学近场的产生和控制提供了灵活性,并有望将CARS技术扩展到纳米尺度。在这项理论研究中,我们展示了超短激光脉冲激发的等离子体纳米结构附近的分子相干拉曼光谱的超快亚波长控制。模拟的纳米结构设计提供了本地化的激发源CARS通过聚焦入射激光脉冲到亚波长热点通过两个自相似的纳米透镜天线连接的波导。热点选择性的双尖端增强CARS(2TECARS)的DNA核碱基的纳米光谱,通过模拟优化的泵,斯托克斯和探针近场使用提示,激光偏振和脉冲整形。该技术可用于探索具有纳米分辨率的真实空间中的超快能量和电子转移动力学,并开发DNA测序的新方法。
2013-11-20 physics.optics
Coaxial nanowires as plasmon-mediated remote nanosensors
本研究报告的等离子体介导的远程拉曼传感促进特别设计的同轴纳米线。拉曼研究的这种不寻常的几何形状是基于在纳米线的一个尖端上的激发激光点的几微米的分离,以及在另一个尖端的拉曼检测。拉曼发射的非常弱的效率使其在远程配置中具有挑战性。为了验证的概念,我们设计了同轴纳米线组成的一个金的核心传播的表面等离子体激元和拉曼发射壳的聚(3,4-乙烯-二氧噻吩)。制造的成功证明了相关的,对于相同的单纳米线,通过电子显微镜和拉曼光谱分析的形态分析。对于探测远程拉曼效应重要的是,原始的基于硬模板的工艺允许控制聚合物壳沿着纳米线的位置,或者仅靠近一个或两个纳米线尖端。这种一体化的单根纳米线可以应用于光降解物质的远程检测,并用于探索集成光子和等离子体系统的一维纳米结构。
2019-06-27 physics.app-ph physics.optics
Hybrid tip-enhanced nano-spectroscopy and -imaging of monolayer WSe2 with local strain control
许多种类的二维(2D)材料已经成为新型电子和光学器件的潜在平台。然而,物理性能的强烈影响的纳米异质性的形式的边缘,晶界,和成核位点。利用尖端增强拉曼散射(TERS)和光致发光(TEPL)纳米光谱和成像,我们研究了相关的物理气相沉积(PVD)生长的单层WSe 2的激子性质的影响。在<15 nm的空间分辨率下,我们解决了PL光谱强度的非局部纳米级相关性,并与预期的激子扩散长度相关的晶体边缘和内部孪晶界的位移。通过主动原子力尖相互作用,我们可以控制纳米尺度上的晶体应变,并以可逆(高达24 meV的位移)和不可逆(高达48 meV的位移)的方式调整局部带隙。这使我们能够区分应变的影响,从占主导地位的影响,在不同的结构异质性的PL修改的缺陷。因此,混合纳米光学和纳米机械成像和光谱学使得能够系统地研究层状2D材料中的结构和机械自由度与纳米级电子和光学性质的耦合。
2016-01-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ultrasensitive Doppler Raman spectroscopy using radio frequency phase shift detection
我们介绍了第一种方法,使光学放大的相干拉曼光谱信号称为射频多普勒拉曼光谱。多普勒拉曼测量通过将由脉冲相干拉曼激发赋予的光谱频移转换为探测脉冲渡越时间的变化来放大相干拉曼光谱中的光信号。通过在探测脉冲训练的谐波处测量的射频电子信号的相位来检测该渡越时间扰动。通过利用这种新的能力来缩放相干拉曼光谱信号的信号,我们打开了检测非常弱的拉曼光谱信号的可能性,这些信号由于激光损伤对样品施加的照明强度的限制而目前无法观察到。
2019-12-09 physics.ins-det physics.optics
Double tips for in-plane polarized near-field microscopy and spectroscopy
本文提出双针尖技术,提供面内偏振,增强近场成像与光谱性能,虽分辨率略低,但支持偏振控制,拓展纳米材料研究范围。
2024-08-21 physics.app-ph physics.optics
Squeezing-enhanced Raman spectroscopy
经典的拉曼光谱方法,如相干反斯托克斯拉曼光谱(CARS)或受激拉曼光谱(SRS)的灵敏度最终受到来自激励场的散粒噪声的限制。我们提出了完整的理论分析的挤压增强版本的拉曼光谱,克服了散粒噪声限制的灵敏度与增强的拉曼信号和固有的背景抑制,同时保持与标准的拉曼光谱方法完全兼容。通过将拉曼样品合并在两个沿正交正交轴挤压光的相敏参量放大器之间,拉曼响应的典型强度测量被转换为量子限制的超灵敏相位估计。样品中的共振拉曼响应引起分子指纹光谱内的信号-空闲频率对的相移,导致通过参量放大器的压缩因子放大共振拉曼信号,而非共振背景被相消干涉消除。用经典相干光播种干涉仪进一步刺激拉曼信号而不增加背景,有效地形成CARS和SRS的挤压增强版本,其中量子增强是在经典刺激之上实现的。
2019-10-02 physics.optics quant-ph
Towards Polarization-based Excitation Tailoring for Extended Raman Spectroscopy
毫无疑问,拉曼光谱是材料科学、化学、医学和光学中最复杂的光谱工具之一。然而,当涉及到纳米结构样品的分析时,访问由垂直于衬底平面取向的激发电场分量产生的拉曼光谱是一项困难的任务,并且通常只能通过机械倾斜样品或通过复杂的样品制备来实现。在这里,我们提出了一种新的实验方法的基础上利用偏振定制光的拉曼光谱的个别纳米结构。作为一个证明的原则,我们创建三维电磁场分布在纳米尺度上使用紧密聚焦的圆柱形矢量光束正常撞击到试样上,从而保持传统的商业拉曼系统的光束路径。使用这种激发方案,我们实验表明,记录的拉曼光谱的单个氮化镓纳米结构的子波长直径用作测试平台敏感地依赖于它们的位置相对于焦点矢量场。观察到的拉曼光谱可以归因于与横向或纵向电场分量的相互作用。这种新的技术可能铺平道路走向拉曼活性纳米系统的表征使用所有拉曼模式的全部信息。
2019-05-29 physics.optics
Quantitative interpretation of time-resolved coherent anti-Stokes Raman spectroscopy with all Gaussian pulses
有目的地研究了相干拉曼散射光谱,利用高斯超短脉冲作为一种实用的解释性工具,从被非共振四波混频背景污染的全部测量数据中提取干净的相干拉曼共振谱。在半经典图象下给出了相干反斯托克斯和斯托克斯喇曼散射的积分公式,并得到了关于复误差函数的封闭解。得到了纯相干喇曼谱在阈值时延处的最大增强随探测脉冲带宽变化的解析表达式。定量地解释了吡啶在液相中的观测实验数据,并以新的见解重建了推断的时间分辨相干拉曼共振结果。
2016-01-02 physics.optics
Quantum-Enhanced continuous-wave stimulated Raman spectroscopy
受激拉曼光谱以其高灵敏度、高分辨率和高速度成为研究分子键空间动力学的有力工具。然而,目前最先进的受激拉曼光谱的灵敏度和速度受到探测拉曼过程的光束的散粒噪声的限制。在这里,我们证明了连续波受激拉曼光谱的灵敏度的增强,通过降低探测光的量子噪声低于散粒噪声限制的振幅压缩状态的光。探测聚合物样品的拉曼位移约2950 $cm^{-1}$与压缩态,我们证明了量子增强的受激拉曼信噪比(SNR)为3.60 dB相对于散粒噪声限制的SNR。我们的量子增强拉曼光谱概念验证演示为新一代拉曼显微镜铺平了道路,在这种显微镜中,可以在不使用标记或增加总光功率的情况下对弱拉曼跃迁进行成像。
2020-02-11 physics.optics quant-ph
Directional Enhanced Probe for Side-Illumination Tip Enhanced Spectroscopy
我们展示了一个高性能的无孔近场探头制成的锥形金属尖与一组周期性的浅槽附近的顶点。系统地研究了侧面照明针尖增强光谱(TES)中针尖附近单个发射体的自发发射。与传统的侧照式TES中的裸露锥形金属针尖相比,波纹探针不仅增强了激发场,而且使发射方向性集中,从而提高了收集效率和信噪比。特别是,我们提出了一个不对称的TES尖端的基础上,两个耦合的纳米棒具有不同的长度在顶点实现单向增强发射率从一个单一的发射器。有趣的是,我们发现,辐射模式是敏感的发射波长和发射器的位置相对于顶点,这可以导致在信噪比的增加,通过抑制不需要的信号。所提出的非对称波纹探针开辟了广泛的实际应用,例如,在单分子水平上提高尖端增强光谱的检测效率。
2015-11-12 physics.comp-ph physics.optics
Using biocompatible materials as substrate coating for electric field enhancement in tip-enhanced Raman spectroscopy
本文通过FDTD模拟研究TERS中生物相容性基底涂层对电场增强的影响,发现Au、Cu、Ag增强效果依次最高,且1 nm生物相容性涂层比更厚涂层更有利于保持增强。
2024-02-20 physics.atm-clus physics.atom-ph physics.med-ph
Investigation by the Method the Raman of Spectroscopy of Allocation of Molecules in Ternary Mix-Crystals
用拉曼光谱法研究了对二溴苯、对二氯苯和对溴氯苯三元混晶中分子的分配。它表明,建设者的相互浓度取决于增长的要求。可能是作为一个统一的修改的所有建设者的浓度沿标本,和两种物质的浓度的波浪形修改。
2006-02-20 physics.optics
Revealing the nanogeometry of WS2 nanoflowers by polarization-resolved Raman spectroscopy
最近的研究表明,过渡金属二硫属化合物(TMD)具有令人兴奋的光学性质,如稳定的激子和手性轻物质相互作用。化学气相沉积(CVD)技术为制造具有不同几何形状的纳米结构(从水平薄片到花状结构)提供了一个平台。拉曼光谱通常用于表征TMD及其性质。在这里,我们使用偏振分辨拉曼光谱来探测WS2纳米花瓣的纳米几何形状和取向。用线性偏振光激发纳米花,我们观察到花瓣沿激发偏振方向取向的增强拉曼响应。此外,螺旋分辨拉曼响应的垂直取向的壁状花瓣表现出明显的差异与水平取向的薄片。虽然来自纳米花的光致发光被强烈地减少,但是在与WS2激子跃迁共振的激发时的拉曼响应确实揭示了激子的存在,这导致拉曼响应的明显的温度依赖性。
2021-10-28 physics.optics
Raman-induced Kerr-effect dual-comb spectroscopy
我们报告的第一个演示非线性双频梳光谱。在多外差飞秒拉曼诱导克尔效应光谱学中,由光谱窄泵浦的分子振动的相干激发产生的拉曼增益被压印到飞秒激光频率梳探针光谱上。由这些光束和样品的非线性相互作用引起的双折射信号对频率梳状本机振荡器进行外差,该频率梳状本机振荡器具有与梳状探针的重复频率略有不同的重复频率。这种时域干涉在短的测量时间内提供对宽光谱带宽上的相位和振幅拉曼光谱的多路复用访问。实验证明,在200 GHz的光谱分辨率,293 μs的测量时间和10^-6的灵敏度,液体样品表现出C-H伸缩拉曼位移。
2012-08-06 physics.optics
Raman Spectroscopy of Single Nanoparticles in a Double-Nanohole Optical Tweezer System
使用金属膜中的双纳米孔来捕获纳米颗粒(直径20 nm),并同时使用捕获激光作为激发源来记录它们的拉曼光谱。这允许识别二氧化钛和聚苯乙烯纳米颗粒的特征斯托克斯线,显示了一旦被捕获就识别纳米颗粒的材料的能力。对于多个纳米颗粒的捕获,观察到增加的拉曼信号。该系统将纳米颗粒分离和操作的优点与独特的识别相结合。
2015-07-23 physics.optics
Optimally shaped narrowband pulses for Femtosecond Stimulated Raman Spectroscopy in the range 330-750 nm
在存在大量群速度色散的情况下通过二次谐波产生飞秒脉冲的光谱压缩为飞秒受激拉曼光谱(FSRS)提供了方便的窄带拉曼泵浦脉冲源。我们在这里讨论一个简单而有效的修改,大大增加了通用性的二次谐波频谱压缩技术。在二次谐波产生之后添加光谱滤波器产生具有优越的时间轮廓的窄带脉冲。这种简单的修改i)增加了给定脉冲能量的拉曼增益,ii)提高了光谱分辨率,iii)抑制了与缓慢失相振动相关的相干振荡,以及iv)将有用的可调谐范围扩展到至少330-750 nm。
2012-12-20 physics.optics
Understanding the Plasmonics of Nanostructured Atomic Force Microscopy Tips
结构化金属尖端对于诸如尖端增强拉曼光谱(TERS)的光学光谱学越来越重要,其中等离子体共振经常被引用为电场增强的机制。我们探测局部光学响应的尖锐和球形尖端的原子力显微镜(AFM)的提示,使用扫描高光谱成像技术,以确定等离子体行为。局部表面等离子体共振辐射耦合与远场光被发现只有球形AFM提示,与尖锐的AFM提示,在协议的近场响应的数值模拟的响应很小。因此,精确的尖端几何形状对于等离子体增强光谱学是至关重要的,并且典型的尖锥不是优选的。
2016-07-22 physics.optics
Single mode waveguide platform for spontaneous and surface-enhanced on-chip Raman spectroscopy
我们回顾了自发拉曼光谱和表面增强拉曼光谱(SERS)的分析物的倏逝波激发以及倏逝波收集拉曼信号使用互补金属氧化物半导体(CMOS)兼容的单模波导的基础上的芯片上的方法。信号直接从分析物分子收集,或者通过集成在波导顶部的等离子体纳米天线收集。波导的几何形状和/或天线的几何形状的设计的灵活性使得能够优化收集效率。此外,传感器可以与附加功能(源,检测器,光谱仪)集成在同一芯片上。在本文中,介绍了基本的理论概念,以确定关键的设计参数和一些概念验证的实验结果进行了审查。
2016-09-15 physics.optics
Stochastic Equilibrium Raman Spectroscopy (STERS)
本文提出随机平衡拉曼光谱(STERS),通过结合傅里叶光谱学与光子关联提升拉曼光谱涨落测量的时间分辨率,可在微秒至毫秒尺度分辨分子构象动力学,并缓解SERS单分子隔离难题。
2025-07-01 physics.chem-ph physics.optics
Broadband coherent Raman scattering spectroscopy at 50,000,000 spectra/s
研究通过开发基于锁模Yb光纤激光器的时间拉伸相干拉曼散射光谱学系统,将测量速率提升至50 MSpectra/s,较先前技术提高500倍,实现了对有机化合物分子指纹区的高效宽带激发与灵敏检测。
2023-05-08 physics.optics
Chip-based Resonance Raman Spectroscopy Using Tantalum Pentoxide Waveguides
血液分析是一种重要的诊断工具,因为它提供了有关患者健康的丰富信息。拉曼光谱在血液分析中是一种很有前途的工具,但广泛的临床应用受到其低信号强度以及复杂和昂贵的仪器的限制。不断发展的基于波导的拉曼光谱学领域试图通过致力于增加相互作用区域的完全集成拉曼传感器来解决这些挑战。在这项工作中,我们演示了芯片上的共振拉曼测量血红蛋白,血液的重要组成部分,在532 nm的激发使用五氧化二钽(Ta2O5)波导平台。我们还表征了Ta2O5波导材料在532 nm激发时的背景信号。此外,我们展示了自发拉曼测量异丙醇和甲醇使用相同的平台。我们的研究结果表明,Ta2O5是一个很有前途的波导平台共振拉曼光谱在532 nm,特别是血液分析。
2018-11-11 physics.app-ph physics.optics
Integrated Surface-enhanced Raman Spectroscopy chip based on liquid core waveguide
提出了一种基于全反射液芯波导的集成表面增强拉曼散射(SERS)芯片,通过对漏模的抑制,实现了长距离的传输。罗丹明6 G的拉曼增强因子为2.5 × 105,具有良好的重复性。家蚕DNA的SERS谱峰清晰地反映了DNA分子的结构信息。SERS基片、微流体和液芯波导的集成使得这种SERS芯片对于高性能的生化检测具有吸引力。
2015-12-07 physics.optics
Raman Spectroscopy of the Eutectic in the Mixed Crystal of the Para-Dibromobenzene with the Para-Chloronitrobenzene
本文用低频拉曼光谱法研究了对二溴苯与对氯硝基苯混晶在对氯硝基苯浓度为0%~ 60%范围内的拉曼光谱。结果表明,在对氯硝基苯浓度为25%~ 50%的范围内,混晶的光谱由a相和b相组成,其强度关系取决于组分的浓度。在此范围内的单晶具有棒状结构。
2001-09-19 physics.optics
Determining size of an optically trapped particle via modulated Raman spectroscopy
本研究提出利用调制光阱中平均拉曼信号功率与布朗运动的依赖关系,通过分析其随调制频率的变化来确定被捕获微粒的流体力学性质(如尺寸),并基于过阻尼Langevin方程揭示了特定频率下拉曼信号极小值的存在。
2022-09-20 physics.optics
Tip-enhanced strong coupling spectroscopy, imaging, and control of a single quantum emitter
光学腔可以增强和控制光与物质的相互作用。这最近已经扩展到纳米级,并且即使在室温下使用具有深亚衍射极限模式体积的等离子体纳米腔,也具有单发射极强耦合机制。然而,对于静态纳米腔中的发射器,这限制了调谐耦合强度或将不同发射器耦合到同一腔的能力。在这里,我们提出了尖端增强强耦合(TESC)光谱,成像和控制。基于在扫描等离子体天线尖端和衬底之间形成的纳米腔,通过可逆地和动态地寻址单个量子点(QD),我们观察到了大于160 meV的模式分裂和在~100 meV的失谐范围内的反交叉,并且在~1000 nm^3范围内对模式体积进行了亚nm精度的控制。我们的方法,作为一个新的范例纳米腔量子电动力学近场显微镜诱导,探测和控制单发射等离子体激元混合量子态,开辟了新的途径,从光电子学到量子信息科学。
2019-02-27 physics.optics
Applications of Raman Spectroscopy in Clinical Medicine
本文综述了拉曼光谱及其先进形式在癌症、感染和神经退行性疾病诊断及手术结果预测中的最新应用,并总结了方法、局限与未来方向。
2023-04-16 physics.app-ph physics.data-an physics.ins-det
Micro-Raman spectroscopy of graphene defects and tracing the oxidation process caused by UV exposure
本研究利用微拉曼光谱识别石墨烯层数与缺陷,发现I2D/IG与激光功率密度线性相关,并通过紫外曝光下D峰出现和2D峰消失追踪氧化过程,证实了方法的非破坏性及边缘折叠可能性。
2024-03-19 physics.optics
Standoff Detection of Solid Traces by Single-Beam Nonlinear Raman Spectroscopy Using Shaped Femtosecond Pulses
我们展示了一个单光束,间距(> 10米)相干反斯托克斯拉曼散射光谱(CARS)的各种材料,包括痕量的炸药和硝酸盐样品,在环境光条件下。利用单个宽带(> 550 cm ~(-1))位相型飞秒激光脉冲实现了光谱分辨率小于20 cm ~(-1)的分子特征振动的多重测量。我们利用强的非共振背景信号放大微弱的后向散射共振CARS信号,通过使用零差检测方案。这有利于一个简单的,高灵敏度的单光束光谱技术,具有潜在的危险材料的对峙检测应用。
2008-03-20 physics.optics
Nanoscale Plasmonic Slot Waveguides for Enhanced Raman Spectroscopy
我们从理论上研究了几种类型的等离子体缝隙波导用于增强拉曼光谱中的测量信号,这是电场和Purcell因子增强的结果,以及光-物质相互作用体积和拉曼信号收集效率的增加。提出了一种直观的方法来计算累积的拉曼增强因子的一个合奏的分子在波导传感,利用分析光子格林函数展开的波导正常模式,我们结合这与量子光学形式主义的分子波导相互作用模型拉曼散射。我们随后展示了集成等离子体缝隙波导如何获得显著更高的拉曼增强因子:$\sim$ 5.3 $\times$与光流体光纤的比较以及$\sim$ 3.7 $\times$与平面集成电介质波导的比较,其中装置尺寸和因此分析物体积为至少三-我们还基于重要的品质因数提供了不同类型的等离子体缝隙波导之间的全面比较,并确定最佳方法以最大化拉曼增强。
2018-06-15 physics.optics
Electron and Light Induced Stimulated Raman Spectroscopy for Nanoscale Molecular Mapping
我们提出并理论分析了一种新的振动光谱,称为电子和光诱导受激拉曼(ELISR)散射,结合了高空间分辨率的电子显微镜与分子的表面增强拉曼光谱的灵敏度。利用ELISR,等离子体纳米粒子的电子束激发在衍射受限的泵浦激光器的存在下被用作光谱宽带但空间受限的斯托克斯光束。为了表征这种技术,我们开发了一个数值模型,并进行全场电磁模拟,以研究两种不同的纳米粒子的几何形状,纳米棒和纳米球,涂有拉曼活性材料。我们的研究结果表明,显着的($10^6$ - $10^7$)受激拉曼增强,实现了双电子和光激发这些纳米粒子的几何形状。重要的是,电子显微镜的这种振动光谱的空间分辨率仅由纳米颗粒的几何形状和等离子体振子模式体积决定。我们的研究结果突出了ELISR的承诺,同时高分辨率电子显微镜与亚衍射限制拉曼光谱,补充超分辨率显微镜,相关光和电子显微镜,振动电子能量损失光谱的进展。
2020-03-20 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Stimulated Raman Spectroscopy with Tunable Visible Broadband Probe Pulse Generated by Kerr-Instability Amplification
本文提出KAB-SRS方法,利用克尔不稳定性放大蓝宝石超连续谱,以低成本产生530-1000 nm可调谐宽带探测光,并通过测量1-癸醇验证其有效性。
2025-08-18 physics.app-ph physics.chem-ph physics.optics
Model for quantitative tip-enhanced spectroscopy and the extraction of nanoscale-resolved optical constants
近场红外光谱法通过探针尖端的光的弹性光的散射来解决材料在宽能量范围内显着亚波长尺度的光学对比度,并具有纳米级化学识别的能力。然而,目前的探针样品近场相互作用的模型仍然不能提供足够的定量解释测量的近场对比度,特别是在材料的情况下,支持强表面声子。我们提出了一个模型的近场光谱的基本原理和有限元模拟验证,表现出极好的预测协议与可调量子级联激光近场光谱的SiO $_2$薄膜和新提出的纳米级傅里叶变换红外(nanoFTIR)光谱的结晶SiC。我们讨论了探头的几何形状,场延迟,和表面模色散在塑造测得的近场响应的作用。这种处理使一条路线,以定量地确定纳米分辨的光学常数,我们证明,通过反转新提出的纳米FTIR光谱的SiO $_2$薄膜的频率相关的介电函数的中红外光学声子。我们的形式主义进一步使尖端增强光谱作为一个有力的诊断工具,定量纳米尺度光谱。
2014-06-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Interference spectroscopy with coherent anti-Stokes Raman scattering of noisy broadband pulses
我们提出了一种新的技术比较两个拉曼活性样品。该方法利用了具有噪声光谱的宽带激光脉冲的相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)产生的信号的光学干涉。它不需要光谱分辨检测,也不需要有关样品拉曼光谱或入射光光谱的先验知识。我们从理论上研究了所提出的方法,并在甲苯和邻二甲苯样品上进行了原理验证实验。
2011-04-06 physics.optics quant-ph
Single-pulse stimulated Raman scattering spectroscopy
我们演示了使用单个飞秒脉冲的受激拉曼散射光谱的采集。高分辨率的振动光谱是通过使用频谱整形对宽带输入脉冲频谱中的窄带频率进行相移而获得的。通过检查与样品相互作用后在光谱中形成的振幅特征来解析振动光谱。使用这种技术,低频拉曼谱线(<100 cm ^-1)可以直接分辨。
2011-03-21 physics.chem-ph physics.optics
Myasthenia Gravis Diagnosis with Surface-enhanced Raman Spectroscopy
本研究利用嵌入5纳米金纳米颗粒的SERS基底分析血清,通过检测疾病特异性光谱特征,实现了对重症肌无力的灵敏、非侵入性诊断。
2025-01-19 physics.med-ph physics.optics
Cavity enhanced Raman heterodyne spectroscopy in Er:YSO for microwave to optical signal conversion
通过泵浦光场和信号光场的共振增强,拉曼外差光谱的核心频率转换过程的效率提高了近四个数量级。我们的研究结果使用掺铒的Y $_2$ SiO $_5$晶体在4 K附近的温度表明,这种方法是有希望的微波到光子的量子转换。
2017-12-20 physics.optics quant-ph
Dual-Comb Coherent Raman Spectroscopy with Lasers of 1-GHz Pulse Repetition Frequency
我们扩展了多路相干拉曼光谱技术与两个飞秒锁模激光器的脉冲重复频率为1 GHz的振荡器。我们展示了液体的光谱,它跨越1100厘米$^{-1}$的拉曼位移。在6 cm $^{-1}$的分辨率下,对于2 kHz的刷新率,它们的测量时间可以短至5微秒。采集之间的等待时间比以前用两个100 MHz重复频率的激光器进行的实验提高了10倍。
2016-11-11 physics.chem-ph physics.optics
Determination of Vacancies Allocation in a Monocrystal of a P-Dichlorobenzene Using a Method of the Raman Spectroscopy
用拉曼散射方法研究了布里奇曼法生长的对二氯苯单晶的交叉边。比较强度的额外线的光谱的晶格振荡的某些部分的边缘的单晶与密度的这些领域已经允许相关的一些线的存在下的结构中的空位。
2008-02-18 physics.atm-clus physics.optics
Sub millimetre flexible fibre probe for background and fluorescence free Raman spectroscopy
利用移频激发拉曼差谱技术和具有负曲率激发芯和高数值孔径收集芯的同轴环的光纤,我们开发了一种便携式、无背景和荧光的内窥拉曼探针。该探头由直径小于0.25 mm的单根光纤组成,封装在亚毫米管中,使其与标准支气管镜兼容。光纤中的拉曼激发光在空气中被引导,因此与二氧化硅的相互作用很小,使得激发光的传输几乎没有背景。此外,我们使用了移位激发拉曼差光谱技术和可调谐785 nm激光器分离的荧光和拉曼光谱的高荧光样品,证明了生物医学应用的探针的适用性。使用该探针,我们还获得了无荧光的人肺组织数据。
2020-12-16 physics.bio-ph physics.optics
Band-edge Bilayer Plasmonic Nanostructure for Surface Enhanced Raman Spectroscopy
大生物分子的光谱分析在许多应用中至关重要,包括医学诊断和无标记生物传感。最近,已经表明蛋白质的拉曼光谱可以用于诊断一些疾病,包括几种类型的癌症。然而,这些实验已经使用传统的拉曼光谱进行,并且适合于大生物分子的表面增强拉曼光谱(SERS)测定的发展可能导致这些实验所需的样本量的大幅减少。我们提出了一种新的方法来实现高的局部场增强表面增强拉曼光谱通过同时调整的晶格等离子体激元和局部表面等离子体激元极化激元,在一个周期性的双层纳米天线阵列,在传感区域的高增强因子,具有相对较高的均匀性。所提出的等离子体纳米结构由两个相互作用的纳米天线层组成,提供尖锐的带边晶格等离子体模式和宽带局部表面等离子体,用于分别增强泵浦和发射的拉曼信号。我们证明了应用所提出的纳米结构的光谱分析的大生物分子结合蛋白质(链霉亲和素)选择性的热点之间的两个堆叠层,使用低浓度的溶液(100 nM),我们成功地获得其SERS光谱。
2015-01-05 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Nanophotonic waveguide enhanced Raman spectroscopy of biological submonolayers
表征单层生物分子一直是一个重大挑战。我们展示了纳米光子波导增强拉曼光谱(NWERS)的单层在近红外区域,使实时测量的杂交的DNA链和密度的子单层的生物素-链霉亲和素复合物固定在光子芯片的顶部。NWERS基于增强的倏逝波激发和收集纳米光子波导附近的自发拉曼散射,对于一厘米的氮化硅波导,其提供的信号比共焦拉曼显微镜高出四个数量级以上。减少的采集时间和信号的特异性允许对表面物质进行定量和实时表征,这是迄今为止使用拉曼光谱法不可能实现的。NWERS为单层研究提供了直接的分析工具,并开辟了一条通往紧凑型无显微镜芯片实验室设备的路线,该设备具有使用可批量生产的CMOS技术平台制造的集成源,光谱仪和检测器。
2016-08-29 physics.ins-det physics.optics