引言

如果说多模态光谱是一个"工具箱"，那么拉曼和荧光就是其中最常用、也最互补的两把"螺丝刀"。一把读取分子的振动能级，告诉你"它是什么"；一把读取电子的跃迁行为，告诉你"它在做什么"。两者结合，既能鉴定物质的成分与结构，又能追踪载流子的产生、复合与能量转移，是材料表征中最经典、最高效的"黄金组合"。

在这篇文章中，我们将从物理原理出发，拆解拉曼与荧光各自的能力边界，再看看它们在复享gora-Lite平台上如何实现工程化的融合，以及在材料表征领域的真实应用。

01.拉曼：分子的"振动指纹"

拉曼效应源于光与分子的非弹性散射。当一束单色激光照射到样品上时，大部分光子被弹性散射（瑞利散射），波长不变；极少数光子与分子发生能量交换，波长发生改变——波长变长的称为斯托克斯线，变短的称为反斯托克斯线。这种波长偏移量恰好等于分子的振动能级差，因此拉曼光谱本质上是分子振动模式的"指纹图谱"。

图1：拉曼散射原理示意图

拉曼光谱的核心优势在于：

非标记、无损。不需要对样品进行染色或标记，直接测量样品本身的分子振动信号，对样品几乎没有损伤，可以重复测量和原位监测。

水干扰小。水分子的拉曼散射截面很小，因此拉曼光谱可以直接测量水溶液、生物组织等含水样品，不需要复杂的样品制备。这也是拉曼在生物医学领域备受青睐的重要原因。

空间分辨率高。结合显微共焦技术，拉曼光谱可以实现亚微米级的空间分辨率，对材料中的微区、晶界、缺陷进行mapping成像，揭示化学成分的空间分布。

在实际应用中，拉曼光谱可以回答这些问题：这是什么物质？是什么晶型？有没有应力或应变？缺陷密度如何？不同区域的化学成分是否均匀？界面处有没有发生化学反应？

复享光学的gora-Lite显微共焦拉曼光谱仪采用高效率光纤共焦平台，支持532nm和785nm等多种激发波长，可实现小于1μm的空间分辨率和高信噪比水平。785nm近红外激发可以有效抑制荧光背景，适合测量荧光较强的样品；532nm可见光激发则具有更高的拉曼散射效率，适合弱信号样品。

图2：显微拉曼光谱仪gora-Lite

02.荧光：电子的"行为日志"

与拉曼的振动能级不同，荧光光谱读取的是电子的能级跃迁。当光子被材料吸收后，电子从基态被激发到激发态；经过短暂的弛豫（振动弛豫和内转换），电子从最低激发态回到基态，同时发出一个能量较低的光子——这就是荧光。

图3：荧光产生的原理示意图

荧光光谱的核心优势在于：

超高灵敏度。荧光信号的强度通常远高于拉曼信号，可以检测到单分子水平的发光，是研究低浓度发光物质和微量缺陷的利器。

可测量子效率。通过积分球或参考比较法，可以精确测量材料的光致发光量子产率（PLQY），即发射光子数与吸收光子数的比值。PLQY是评估发光材料、光伏材料性能的核心指标——对于太阳能电池而言，高PLQY意味着低非辐射复合，是高开路电压的前提。

可追踪载流子动力学。通过时间相关单光子计数（TCSPC）技术，可以测量荧光寿命，即电子在激发态停留的平均时间。荧光寿命直接反映载流子的复合动力学：寿命长意味着复合慢、载流子扩散距离长；寿命短意味着复合快、可能存在缺陷或界面提取。

在实际应用中，荧光光谱可以回答这些问题：发光效率如何？缺陷在哪里？载流子寿命多长？能量转移路径是什么？不同区域的发光是否均匀？界面处有没有电荷分离？

复享光学在荧光表征方面拥有完整的产品矩阵：gora-Lumi显微发光系统可以实现亚微米空间分辨率下的荧光光谱检测和成像，配合TCSPC模块，还可以实现荧光寿命的mapping成像，在空间维度上追踪载流子动力学的分布。LuminQY准费米能级分裂检测系统可以测量钙钛矿薄膜的QFLS（准费米能级分裂），是评估光伏材料非辐射复合损失的定量工具。

图4：gora-Lumi显微发光系统(左)  LuminQY准费米能级分裂检测系统（右）

03.融合之后：从"鉴定"到"理解"的跨越

单独使用拉曼或荧光，都只能看到材料的"一个侧面"。当两者在同一平台上融合时，信息的维度发生了质变。

案例一：TMDs材料异质结界面的电荷转移表征。

在二维材料异质结中，拉曼光谱可以鉴定材料种类、层数、应变和缺陷；荧光光谱可以探测激子发光、层间激子的形成和电荷转移效率。两者联测，可以理解异质结界面处的能带排列和电荷转移机制，为设计高性能光电器件提供指导。

图5：WSe₂-MoSe₂横向异质结的光谱表征: (a)MoSe₂和(b)WSe₂的拉曼mapping结果；(c)MoSe₂和(d) WSe₂的PL mapping结果

案例二：二维材料的掺杂过程表征

使用532nm激发的拉曼光谱和成像，以及405nm激发的荧光光谱和成像，表征Re原子掺杂的WS2和MoS2，揭示了掺杂过程的浓度相分离（CPS）的现象

图6：Re原子掺杂WS₂和Re原子掺杂WS₂的白光图像、SEM图像、Raman、PL光谱和成像

小结

拉曼告诉你"是什么"，荧光告诉你"怎么样"。当两者在复享gora-Lite平台上实现工程化的融合，材料表征就从"鉴定成分"升级到了"理解机制"。

在下一篇文章中，我们将继续拆解多模态中的另外两把"利器"——二次谐波（SHG）和光电流成像，看看它们如何从"结构对称性"和"功能输出"两个维度，补上拉曼+荧光无法覆盖的表征空白。

参考文献：

[1] S. Zhao et al., “Tunable WSe2–MoSe2 lateral heterojunction photodetector based on piezoelectric and flexoelectric effects,” ACS Applied Materials & Interfaces, vol. 16, no. 49, pp. 67889–67899, 2024.

[2] S. Wang et al., “Concentration Phase Separation of Substitution-Doped Atoms in TMDCs Monolayer,” Small, vol. 19, no. 32, p. 2301027, 2023, doi: 10.1002/smll.202301027.