引言

拉曼光譜中最常用的激發(fā)波長是 785 nm，它在散射效率、熒光干擾抑制、探測器響應效率以及低成本緊湊型高質量激光源的可得性之間達到了最佳平衡。波長選擇會對拉曼光譜測量結果產(chǎn)生顯著影響，相關機理可參考《如何為拉曼光譜選擇激光器》一文。本文聚焦 785 nm 波段，介紹目前可供選用的各類激光技術，并圍繞拉曼光譜選型時需重點考量的關鍵性能指標，討論不同技術路線的實際表現(xiàn)。由于各技術在性能與成本特性上差異顯著，為特定拉曼裝置確定最優(yōu)方案需要進行審慎的比較與權衡。

關鍵性能參數(shù)

光譜帶寬應小于數(shù)十 pm，以免限制系統(tǒng)分辨率；在部分高分辨應用中，所需線寬須遠低于該水平。

光譜純度（即邊模抑制比，SMSR）要求照明光源在待探測拉曼峰所在的光譜區(qū)域內至少優(yōu)于 60–70 dB。

波長穩(wěn)定性要求激光器隨時間和溫度的波長漂移保持在數(shù) pm 量級，以免對系統(tǒng)分辨率構成限制。

光束質量方面，高分辨成像應用需要高質量 TEM00 橫向單模光束；探針式系統(tǒng)可采用多模光束，前提是能夠高效耦合進 50–200 μm 芯徑的光纖。

DFB/DBR 單模二極管激光器

此類激光器為單橫模半導體發(fā)射器，其 DBR（分布式布拉格反射）結構與增益結構集成于同一芯片，可選購單芯片或封裝成品。其優(yōu)勢在于線寬極窄，甚至可實現(xiàn)單頻輸出，但輸出功率僅限數(shù)十 mW。SMSR 通常只有 30–50 dB，即便在距主峰數(shù) nm 處亦是如此，因此必須配合光譜凈化濾光片方可滿足拉曼光譜的應用要求。緊湊的體積使其尤為適合小型手持式系統(tǒng)。

頻率穩(wěn)定二極管激光器（VBG 鎖頻）?

此類激光器基于高功率法布里-珀羅半導體二極管激光器，通過外置光柵結構（通常為體布拉格光柵，VBG）將發(fā)射頻率鎖定至窄線寬。該方案對單橫模（TEM00）與多橫模發(fā)射器均適用，輸出線寬從數(shù)十 pm 直至單頻水平。單橫模激光器輸出功率略高于 100 mW，多模激光器可達瓦級。TEM00 型適合高空間分辨率的拉曼顯微應用；高功率多模激光器則通常采用光纖耦合，用于探針式過程控制場景。

與 DBR 激光器類似，此類激光器通常也需結合光譜凈化濾光片。配合二向色光譜凈化濾光片，可在距主峰約 1–2 nm 處獲得超過 60 dB 的光譜純度，足以滿足 200–40000 cm?1 指紋區(qū)拉曼位移的探測需求。而對于波數(shù)低于 200 cm?1 的低頻拉曼應用，則要求在距主峰數(shù)百 pm 內具備高 SMSR，這一需求由 Cobolt 08-NLD(M) ESP 785 nm 激光器實現(xiàn)——其憑借獨特設計獲得增強光譜純度（ESP），非常適合低頻乃至太赫茲區(qū)的拉曼光譜測量。

圖 1：Cobolt 08-01 系列激光器（自由空間與光纖耦合版本）。Cobolt 08-NLD 785 nm ESP 激光器的光譜純度在距主峰僅 0.5 nm 處即超過 60 dB，無需任何外部光譜凈化即可實現(xiàn)低頻拉曼測量。

二極管泵浦激光器

新型先進激光技術已推動 785 nm 二極管泵浦激光器走向實用。此類激光器可在完美 TEM00 光束下輸出超過 500 mW 的功率，光譜線寬小于 50 kHz，數(shù)小時運行期間的波長漂移僅為 pm 的幾分之一。得益于不存在放大自發(fā)輻射（ASE），其光譜純度在距主峰小于 0.5 nm 處即超過 80 dB，因而適用于對光譜與空間分辨率要求嚴苛的高端拉曼光譜應用。

圖 2：Cobolt 05-01 Disco 激光器——785 nm 連續(xù)波單頻二極管泵浦激光器，完美 TEM00 光束，SMSR 大于 80 dB，光譜穩(wěn)定性極高。

選型結論

785 nm 激光器的選擇需在輸出功率、線寬、光譜純度、光束質量、體積與成本之間綜合權衡。DFB/DBR 型以緊湊低功率見長，適合手持式設備；頻率穩(wěn)定二極管激光器覆蓋 100 mW 至瓦級的功率范圍，兼顧高分辨顯微與探針式過程控制兩類場景，低頻拉曼應用應優(yōu)先選用具備增強光譜純度的 ESP 版本；二極管泵浦激光器則以小于 50 kHz 的線寬、大于 80 dB 的光譜純度和極高的波長穩(wěn)定性，滿足最高端光譜與空間分辨率應用的需求。