19世紀(jì)末期，當(dāng)時(shí)人們認(rèn)為物理學(xué)發(fā)展已經(jīng)很完美和成熟了，牛頓力學(xué)、麥克斯韋電磁學(xué)和經(jīng)典統(tǒng)計(jì)力學(xué)如同三座藏寶，似乎在其中可找到一切物理現(xiàn)象的答案。但在邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)和黑體輻射研究中人們還存在困境，即開爾文說(shuō)的“兩朵烏云”。1900年，普朗克用能量量子化的假說(shuō)，解釋了黑體輻射，標(biāo)志著量子論的誕生。

我們周圍的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)，所以叫熱輻射。熱輻射的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布情況隨物體的溫度有所不同。任何物體任何溫度下都可發(fā)生熱輻射，常溫下我們看到的物體顏色是物體表面反射外界射來(lái)的電磁波所致。物理中所說(shuō)的黑體，是物體能夠*吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就是黑體，簡(jiǎn)稱黑體。黑體看上去不一定是黑的，只有當(dāng)自身輻射的可見光非常微弱時(shí)眼睛看上去才是黑色的。

對(duì)于一般材料的物體，輻射電磁波的情況除了與溫度有關(guān)外，還與材料的種類以及表面狀況有關(guān)，而黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān)，這叫黑體輻射。隨著溫度的升高，一方面，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加，另一方面，輻射強(qiáng)度的大值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)，即向紫外方向移動(dòng)，如下圖，此為黑體輻射的規(guī)律。

黑體輻射，圖中溫度采用開爾文溫度（開爾文溫度=273.15+攝氏溫度）

在黑體輻射中，隨著黑體溫度升高，黑體發(fā)出光的顏色也產(chǎn)生變化，黑體呈現(xiàn)由紅—橙紅—黃—黃白—白—藍(lán)白的漸變過(guò)程。“黑體”的溫度越高，光譜中藍(lán)色的成份則越多，而紅色的成份則越少。理想的黑體可吸收所有照射到它表面的電磁輻射，并將這些輻射轉(zhuǎn)化為熱輻射，其光譜特征僅與該黑體的溫度有關(guān)，與黑體的材質(zhì)無(wú)關(guān)。

在實(shí)際的材料研究中，例如高溫冶金，需要了解物質(zhì)在高溫下的晶體結(jié)構(gòu)信息以及熔融體下的分子信息，而拉曼光譜是一個(gè)非常有潛力的分析檢測(cè)技術(shù)。但是，目前常規(guī)的拉曼光譜儀器無(wú)法滿足高溫環(huán)境下的測(cè)試，主要原因有兩個(gè)：一是拉曼信號(hào)本身非常弱，難以獲得高信噪比的拉曼信號(hào)，目前還未出現(xiàn)滿足高溫下的表面增強(qiáng)拉曼；二是在高溫環(huán)境下（1000℃以上），因?yàn)楸粶y(cè)物質(zhì)溫度很高，產(chǎn)生了嚴(yán)重的黑體輻射，在開放式檢測(cè)器和積分掃描下，這種背景輻射已湮沒(méi)了物質(zhì)的拉曼信號(hào)。

時(shí)間門控拉曼的出現(xiàn)，給高溫拉曼研究帶來(lái)了福音。時(shí)間門控拉曼光譜儀采用脈沖激光，皮秒水平收集檢測(cè)信號(hào)，其檢測(cè)器僅在拉曼散射時(shí)采集物質(zhì)的拉曼信號(hào)，這樣，避免了常規(guī)拉曼檢測(cè)器開放持續(xù)采集強(qiáng)度很高的黑體輻射的背景信號(hào)，達(dá)到瞬時(shí)采集的拉曼信噪比較普通拉曼高，從而獲取物質(zhì)高溫下的分子拉曼信息。

北京富爾邦和上海大學(xué)共建的時(shí)間門控拉曼實(shí)驗(yàn)室已在2019年開展高溫拉曼的研究，實(shí)驗(yàn)測(cè)量了硅酸鈣在1500℃下的晶型轉(zhuǎn)變，如下圖：

硅酸鈣高溫下timegate拉曼譜圖

可以看出1500℃下，晶體特征峰明確，而在1600℃下，晶體結(jié)構(gòu)消失，樣品轉(zhuǎn)為熔融體，Si-O拉曼譜峰也產(chǎn)生了展寬。

時(shí)間門控拉曼不僅僅用在高溫下避免黑體輻射干擾，在納米材料和稀土材料中也存在重要的應(yīng)用，它可以消除材料的熒光干擾而檢測(cè)獲得物質(zhì)的本征拉曼信息。

歡迎大家送樣進(jìn)行時(shí)間門控拉曼的檢測(cè)，給您科研帶來(lái)幫助，讓您獲得客觀的物質(zhì)本征信息，又能從時(shí)間維度觀察樣品的相關(guān)信息。

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