本发明专利技术涉及一种分光瞳激光共焦布里渊-拉曼光谱测量方法及装置，属于显微光谱成像技术领域。该装置包括产生激发光束的光源系统、测量物镜、照明光瞳、收集光瞳、二向色分光装置、分光镜、拉曼光谱探测装置、布里渊光谱探测装置、分光瞳激光共焦探测装置、三维扫描装置、位移传感器以及数据处理单元；通过利用共焦拉曼光谱探测中遗弃的瑞利散射光构建分光瞳共焦显微成像系统实现样品三维几何位置的高分辨成像，通过探测共焦拉曼光谱探测中遗弃的布里渊散射光来获得物质基本性质及多种交叉效应实现材料应力、弹性参数、密度等测量；利用共焦拉曼光谱探测技术和共焦布里渊光谱探测技术优势互补，实现材料多性能参数的综合测量与解耦。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种分光瞳激光共焦布里渊-拉曼光谱测量方法及装置，属于显微光谱成像
。该装置包括产生激发光束的光源系统、测量物镜、照明光瞳、收集光瞳、二向色分光装置、分光镜、拉曼光谱探测装置、布里渊光谱探测装置、分光瞳激光共焦探测装置、三维扫描装置、位移传感器以及数据处理单元；通过利用共焦拉曼光谱探测中遗弃的瑞利散射光构建分光瞳共焦显微成像系统实现样品三维几何位置的高分辨成像，通过探测共焦拉曼光谱探测中遗弃的布里渊散射光来获得物质基本性质及多种交叉效应实现材料应力、弹性参数、密度等测量；利用共焦拉曼光谱探测技术和共焦布里渊光谱探测技术优势互补，实现材料多性能参数的综合测量与解耦。【专利说明】分光瞳激光共焦布里渊-拉曼光谱测量方法及装置
本专利技术属于显微光谱成像
，将共焦显微技术与光谱探测技术相结合，涉及一种分光瞳激光共焦布里渊-拉曼光谱测量方法及装置，可用于样品的微区多光谱多性能参数综合测试与高分辨成像。技术背景当光通过介质时，介质粒子受光波的作用，从一个量子态跃迁到另一个量子态，并同时辐射出散射波，不同的能级跃迁方式分别产生了瑞利散射、反斯托克斯散射和斯托克斯散射，根据与入射光波长改变量程度将光散射分为:瑞利散射(Rayleigh)、拉曼散射(Raman)及布里渊散射(Brillouin)。瑞利散射中光与声频支声子交换能量较小，能量变化小于KT5CnT1,布里渊散射中光与声频支声子交换能量较小，布里渊散射频移0.01?2CHT1，能量变化在KT5CnT1?lcnT1。拉曼散射中光与光频支声子交换的能量大，拉曼散射频移为10?5000cm-1，拉曼散射能量变化大于I CnT1。拉曼光谱是由分子内部振动而引起的散射光谱，不同物质会有其各自的特征拉曼光谱即“指纹谱”，本项目通过测得的拉曼散射光谱的频率、强度、线形以及偏振状态变化，来获得材料的成分、微结构和内部运动信息等，继而实现材料成分、应力、温度、异物的测量。布里渊散射光谱是由光致热激发声学声学声子，再由光波与介质中的声学声子发生相互作用而产生的一种散射光谱，布里渊(Brillouin)散射以光子为探针，可测量凝聚态物质中声子、自旋波等多种元激发，其能谱范围介于拉曼和瑞利散射之间(0.01?1.0cm—1)，是研究物质基本性质(弹性、磁性、相变)及多种交叉效应(压电、磁弹、光弹等)的重要手段。此技术已被欧美等发达国家广泛使用在凝聚态材料的基础和应用研究中。近年来，布里渊散射研究也为集成铁电学和自旋电子学的诞生和发展做出了重要贡献。布里渊散射光谱是光波与介质中的声学声子发生相互作用(密度涨落密度涨落)而产生的一种散射光谱，是由分子的弹性振动(外振动和转动)，通过测得布里渊散射光谱信息便可测得微细加工中物质基本性质(弹性、磁性、相变)及多种交叉效应(压电、磁弹、光弹等)，继而实现材料应力、弹性参数、密度等测量。在多性能参数测量中，会因所测材料和所测参数不同，拉曼散射光谱探测技术和布里渊散射光谱探测技术个有所长，通过合理的设计可形成优势互补。在微细结构的层析测量方面，共焦拉曼光谱探测技术测量精度高，但只能测透明和部分透明样品的内部信息。因而利用拉曼散射和布里渊散射光谱是实现微细结构材料多性能参数测量的关键。目前，商用的激光共焦拉曼光谱测试仪器主要有英国RENISHAW等生产。传统共焦拉曼光谱探测仪的原理如图1所示，光源系统发出激发光束透过偏振分光镜、四分之一波片和聚焦物镜后，聚焦在被测样品上，激发出载有样品光谱特性的拉曼散射光；通过三维扫描系统移动被测样品，使对应被测样品不同区域的拉曼散射光再次通过四分之一波片并被偏振分光镜反射，第一聚光镜将偏振分光镜反射的光进行会聚，利用位于第一针孔后面的光谱探测器测得载有被测样品光谱信息的拉曼散射光谱。但现有的共焦拉曼显微技术存在如下不足:(I)探测时间长，系统漂移大。由于共焦拉曼光谱信号很弱，进行图谱成像时探测器需进行长期的积分(常达数小时)，光学系统及样品工作台的漂移，常会造成样品离焦，继而降低了共焦拉曼光谱探测的空间分辨能力；(2)样品杂散光较强，影响了拉曼光谱探测仪器的信噪比。现有的共焦拉曼光谱探测仪器，由于采用了背向反射样品探测方式和入射激发光路与散射光探测光路完全共光路的方式，其势必存在样品杂散光干扰大的不足，限制了现有共焦显微镜对高散射样品的光谱探测能力；(3)多性能参数测量能力亟待改善。现有的共焦拉曼光谱探测技术，遗弃了含有丰富样品信息的瑞利散射光谱和布里渊散射光谱，使其在材料的弹性和压电等性质测试方面受限。通常样品散射的拉曼光谱强度为反射的瑞利光束强度的10_3?10_6倍，而现有的共焦拉曼光谱探测仪器均探测样品散射的微弱拉曼光谱而遗弃强于拉曼散射光的瑞利光束和布里渊光束。因而，利用现有光谱探测系统中遗弃的瑞利光束进行辅助探测以改善现有共焦拉曼光谱探测技术空间分辨力，通过测得布里渊散射光谱频移、强度、线形变化等信息，来获得物质基本性质(弹性、磁性、相变)及多种交叉效应(压电、磁弹、光弹等)，继而实现材料应力、弹性参数、密度等测量是多光谱高分辨成像与探测的新途径。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服现有技术的不足，提出分光瞳激光共焦布里渊-拉曼光谱测量方法及装置。通过利用共焦拉曼光谱探测中遗弃的瑞利散射光构建分光瞳共焦显微成像系统来实现样品三维几何位置的高分辨成像，并利用分光瞳共焦显微成像装置的“极值点”与其焦点精确对应这一特性来控制光谱探测器精确捕获物镜聚焦点处激发的拉曼光谱信息，进而实现对样品微区几何位置与光谱信息的高精度探测即“图谱合一”的高空间分辨探测，同时达到分辨能力和量程范围的有效兼顾；通过探测共焦拉曼光谱探测中遗弃的布里渊散射光来获得物质基本性质(弹性、磁性、相变)及多种交叉效应(压电、磁弹、光弹等)，继而实现材料应力、弹性参数、密度等测量；利用共焦拉曼光谱探测技术和共焦布里渊光谱探测技术优势互补的特点，设计拉曼光谱和布里渊光谱同时探测的共焦光谱探测方案，实现材料多性能参数的综合测量与解耦。本专利技术可以探测包括荧光、康普顿散射光等散射光谱。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。分光瞳激光共焦布里渊-拉曼光谱测量方法，包括以下步骤:步骤一、在测量物镜的光瞳面上放置照明光瞳和收集光瞳；光源系统发出激发光束，激发光束透过照明光瞳后，聚焦在被测样品上，激发出载有被测样品光谱特性的拉曼散射光、布里渊散射光以及瑞利散射光；拉曼散射光、瑞利光和布里渊散射光经收集光瞳后到达二向色分光系统；二向色分光系统将拉曼散射光与另外两种散射光进行无损分离；步骤二、经二向色分光系统反射的瑞利光和布里渊散射光进入分光系统分光，经分光系统透射的瑞利光和布里渊散射光进入分光瞳激光共焦探测系统:分光瞳激光共焦探测系统利用探测器横向偏移能够使分光瞳共焦显微系统的轴向响应特性曲线产生相移的特性，实现对被测样品微区几何位置的探测，具体过程为:具体过程为:对接收瑞利光的分光瞳激光共焦探测系统获得的探测光斑进行处理，得到探测区域，测得反映样品凹凸变化的强度响度相应I (U)，即可进行高空间分辨的三维尺度层析成像探测，其中，U为轴向归一化光学坐标。步骤三、经分光系统反射的瑞利光和布里渊散射光进入布本文档来自技高网...
【技术保护点】
分光瞳激光共焦布里渊‑拉曼光谱测量方法，其特征在于包括以下步骤： 步骤一，在测量物镜（2）的光瞳面上放置照明光瞳（3）和收集光瞳（4）；光源系统（1）发出激发光束，激发光束透过测量物镜（2）的照明光瞳（3）后，聚焦在被测样品（5）上，激发出载有被测样品（5）光谱特性的拉曼散射光和布里渊散射光，并反射出瑞利光；拉曼散射光、布里渊散射光和瑞利光经测量物镜（2）的收集光瞳（4）到达二向色分光系统（6）；二向色分光系统（6）将拉曼散射光与其他光谱进行无损分离； 步骤二、经二向色分光系统（6）反射的布里渊散射光和瑞利光进入分光系统（11）；经分光镜透射的瑞利光和布里渊散射光进入分光瞳激光共焦探测系统（16）；分光瞳激光共焦探测系统（16）利用探测器横向偏移能够使分光瞳共焦显微系统的轴向响应特性曲线产生相移的特性，实现对被测样品（5）微区几何位置的探测；经分光系统（11）反射的布里渊散射光和瑞利光进入布里渊光谱探测系统（12）进行光谱探测；与此同时，经二向色分光系统（6）透射的拉曼散射光进入拉曼光谱探测系统（7）中进行光谱探测； 步骤三、经分光系统（11）透射的瑞利光和布里渊散射光进入分光瞳激光共焦探测系统（12）；分光瞳激光共焦探测系统（12）利用探测器横向偏移可使分光瞳共焦显微系统的轴向响应特性曲线产生相移的特性，实现对被测样品微区几何位置的探测；具体过程为：对分光瞳激光共焦探测系统（12）获得的探测光斑进行处理，得到探测区域，测得反映样品凹凸变化的强度响度相应I(u)，即可进行高空间分辨的三维尺度层析成像探测，其中，u为轴向归一化光学坐标； 当对拉曼光谱探测系统（7）获得的拉曼光谱信号进行处理时，系统能够进行拉曼光谱探测；当对布里渊光谱探测系统（12）获得的布里渊光谱信号进行处理时，系统能够进行布里渊光谱探测；当对分光瞳激光共焦探测系统（16）获得的信号进行处理时，进行高空间分辨力层析成像；当对分光瞳激光共焦探测系统（16）获得的信号、拉曼光谱探测系统（7）获得的拉曼光谱信号和布里渊光谱探测系统（12）获得的布里渊光谱信号同时进行处理时，系统能够进行高空间分辨力的微区图谱层析成像，对样品的多性能参数的综合测试。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵维谦，邱丽荣，盛忠，王允，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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