一种基于CARS的断层扫描成像装置、检测系统及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于CARS的断层扫描成像装置、检测系统及方法，其包括：探测光源，其输出由泵浦光及斯托克斯光所合成的探测激光光束；待测样品承载台；光学机械装置，其使得光束穿过待测样品时改变光束到座标原点距离l和入射角θ；滤光片，以滤除泵浦光以及斯托克斯光；以及探测器以对待测样品受激所产生的相干反斯托克斯拉曼散射光进行检测；其中，光束探测激光光束穿过待测样品，基于待测样品的三阶非线性效应所产生相干反斯托克斯拉曼散射光，经由滤光片滤除混杂于相干反斯托克斯拉曼散射光中的泵浦光以及斯托克斯光后，由探测器进行检测。本发明专利技术解决了已有技术不能满足对稳定分布物种浓度、温度场等信息进行大范围断层扫描等使用需求的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种基于CARS的断层扫描成像装置、检测系统及方法
本专利技术属于激光光谱
，具体涉及一种基于CARS的断层扫描成像装置、检测系统及方法。
技术介绍
CARS(相干反斯托克斯拉曼散射)光谱技术是一种三阶非线性激光光谱技术，利用分子的拉曼活性共振获取气态、液态和固态中分子的光谱信号。与普通的拉曼光谱技术相比，具有SN比高、信号不易受到荧光信号干扰的优点。但是目前的CARS技术的应用多注重一维、二维的成像。例如，探测均匀气体、液体中的物种浓度；或者利用CARS显微镜技术，通过扫描振镜的二维扫描快速取得样品的二维物种浓度分布；或者通过扫描获得火焰的二维温度场。但是上述技术尚不能满足对稳定分布物种浓度、温度场等信息进行断层扫描等使用需求。
技术实现思路
鉴于已有技术不能满足对稳定分布物种浓度、温度场等信息进行断层扫描等使用需求的缺陷，本专利技术的目的是要提供一种基于CARS的断层扫描成像装置，其结合了相干反斯托克斯拉曼光谱技术和Radon变换技术来对样品进行断层扫描，以得到待测物种浓度和其温度的三维分布。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案：一种基于CARS的断层扫描成像装置，其特征在于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于CARS的断层扫描成像装置，其特征在于，包括：探测光源，其用以输出由泵浦光以及斯托克斯光所合成的探测激光光束；待测样品承载台；光学机械装置，其用以使得所述探测激光光束穿过承载于其上的待测样品时能够改变光束到座标原点距离l和入射角θ；滤光片，其用以滤除泵浦光以及斯托克斯光；以及探测器，其用以对待测样品受激所产生的相干反斯托克斯拉曼散射光进行检测；其中，所述探测激光光束探测激光光束穿过待测样品，基于待测样品的三阶非线性效应所产生相干反斯托克斯拉曼散射光，经由滤光片滤除混杂于相干反斯托克斯拉曼散射光中的泵浦光以及斯托克斯光后，由探测器对待测样品受激所产生的相干反斯托克斯拉曼散射光进行检测...

【技术特征摘要】
1.一种基于CARS的断层扫描成像装置，其特征在于，包括：探测光源，其用以输出由泵浦光以及斯托克斯光所合成的探测激光光束；待测样品承载台；光学机械装置，其用以使得所述探测激光光束穿过承载于其上的待测样品时能够改变光束到座标原点距离l和入射角θ；滤光片，其用以滤除泵浦光以及斯托克斯光；以及探测器，其用以对待测样品受激所产生的相干反斯托克斯拉曼散射光进行检测；其中，所述探测激光光束探测激光光束穿过待测样品，基于待测样品的三阶非线性效应所产生相干反斯托克斯拉曼散射光，经由滤光片滤除混杂于相干反斯托克斯拉曼散射光中的泵浦光以及斯托克斯光后，由探测器对待测样品受激所产生的相干反斯托克斯拉曼散射光进行检测。2.根据权利要求1所述的基于CARS的断层扫描成像装置，其特征在于：所述探测激光光束依据待测样品所对应的拉曼频移设置泵浦光以及斯托克斯光之间的频率差。3.根据权利要求1或者2所述的基于CARS的断层扫描成像装置，其特征在于：所述装置依据检测需求设置探测激光光束以及探测器类型；若检测温度断层扫描参数则所述探测激光光束选择宽带激光光束，同时所述探测器选择光谱仪光纤；若检测样品浓度分布扫描参数则所述探测激光光束选择窄带激光光束，同时所述探测器选择Pin管。4.根据权利要求3所述的基于CARS的断层扫描成像装置，其特征在于：所述装置还包括数据分析器，其用以依据探测器所检测的相干反斯托克斯拉曼散射光信号分析获得待测样品各断层所对应的样品浓度分布扫描参数或者温度断层扫描参数。5.根据权利要求4所述的基于CARS的断层扫描成像装置，其特征在于：所述物种浓度分布扫描参数的分析过程为：若假定所述Pin管所检测到相干反斯托克斯拉曼散射光信号强度为I，泵浦光信号强度为Ip，斯托克斯光信号强度为Is；待测样品的浓度为f，则依据非线性光学的理论，上述物理量对应的关系为其中，比例系数k通过测已知浓度的被测样品进行标定，对应的样品浓度分布扫描参数即样品浓度场为非均匀场f(x,y)，对应的样品中各处产生相干反斯托克斯拉曼散射光信号强度也是非均匀场，表示为自上述公式(1)可知，鉴于探测器所检测的相干反斯托克斯拉曼散射光信号的电流强度反映的是I(x,y)沿着光线的积分值，则引入Radon变换进行求解，即若探测激光光束的入射光线到光轴座标原点距离和入射角分别为l和θ，入射光线所在的直线为L，则I(x,y)对应的Radon变换是如下式(2)所示函数则公式(2)对应的傅里叶变换与和I(x,y)的傅里叶变换存在如下关系：式中为对入射光线到座标原点距离l作傅立叶变换，表示I(x,y)的傅里叶变换最后通过光学机械装置不断改变光束到座标原点距离l和入射角θ，遍历所有可能的值，以获得全部对所述作逆傅里叶变换求出对应的I(x,y)后，基于求出待测样品各断层所对应的样品浓度分布扫描参数f(x,y)。6.根据权利要求4所述的基于CARS的断层扫描成像装置，其特征在于：所述温度断层扫描参数的分析过程为：首先通过光谱仪光纤探测待测样品中多个转动能级的粒子分布构成的连续转动光谱P支光谱以及Q支光谱所构成的函数Iλ(l,θ)＝∫LI(x,y)dL，并通过光学机械装置遍历l和θ；其中下标λ表示波长为λ的光谱线在光谱仪上的积分；其次依据所述P支光谱和Q支光谱计算对应的温度，所述计算过程为...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏栩笙，刘金波，郭敬为，袁红，桑凤亭，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21