一种高通量干涉型拉曼高光谱成像系统技术方案

一种高通量干涉型拉曼高光谱成像系统，由激光光源模块、前置拉曼成像模块、干涉光谱成像模块和控制模块构成，其中激光光源模块由激发光源、激光汇聚镜和匀光器构成；前置拉曼成像模块由第一成像物镜、二向色滤光片、视场光阑、准直物镜和拉曼滤光片构成；干涉光谱成像模块由紧凑型色散剪切干涉模块、第二成像物镜和面阵相机构成；控制模块用于控制激发光源发射激光信号，同时控制紧凑型色散剪切干涉模块扫描、面阵相机记录带干涉条纹的图像信号。本实用新型专利技术能够获取探测目标场景的二维图像以及每个物点的拉曼光谱信号，且系统不包含狭缝，具有高光通量、高空间分辨率的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种高通量干涉型拉曼高光谱成像系统
本技术属于光学成像领域，具体涉及一种高通量干涉型拉曼高光谱成像系统，用于激发和获取远距离目标的拉曼光谱图像信息。
技术介绍
拉曼高光谱成像技术集合了拉曼光谱技术与高光谱成像技术，能够获取目标每个点的拉曼光谱信息，并可以重构出拉曼光谱图像，是拉曼光谱技术的一次延伸发展。尤其是随着高功率固态激光器的发展，近年来拉曼高光谱成像成为研究热点，在生物医学、农场品检测、爆炸物检测等领域具有潜在应用价值。现有拉曼高光谱成像技术主要包括液晶可调谐滤光片型、色散型以及空间外差型三类，其中液晶可调谐滤光片型受限于材料特性，多用于可见光近红外波段，且拉曼光谱分辨率低。色散型受限于入射狭缝限制，光通量较低。空间外差型通过二维光纤阵列进行图像像素采集，空间分辨率较低，导致光谱图像质量较差；或者通过柱面镜，通过设置狭缝进行推扫实现成像，这就导致光通量较低。视场调制干涉光谱成像技术具有高通量、高空间分辨率的优点，但是其分辨率较低，不满足拉曼光谱探测需求。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种高通量干涉型拉曼高光谱成像系统，将高分辨率的色散剪切干涉光谱成像技术与拉曼光谱技术相结合，用以获取探测目标场景的二维图像以及每个物点的拉曼光谱信号，提出了2种紧凑型色散剪切干涉光路结构，一种为共光路结构，一种为非共光路结构。实现本技术目的的技术解决方案为：一种高通量干涉型拉曼高光谱成像系统，其特征在于：包括激光光源模块、前置拉曼成像模块、干涉光谱成像模块和控制模块，其中激光光源模块由激发光源、激光汇聚镜和匀光器构成；前置拉曼成像模块由第一成像物镜、二向色滤光片、视场光阑、准直物镜和拉曼滤光片构成；干涉光谱成像模块由紧凑型色散剪切干涉模块、第二成像物镜和面阵相机构成；控制模块用于控制激发光源发射激光信号，同时控制紧凑型色散剪切干涉模块扫描、面阵相机记录带干涉条纹的图像信号。所述系统中，激发光源的波长与拉曼滤光片的抑制波长相同。所述系统中，带视场光阑的反射镜位于第一成像物镜的焦平面上，同时也位于第二成像物镜的焦平面上。所述系统中，匀光器与视场光阑位于成像物镜的像面位置。匀光器的有效几何尺寸与视场光阑的通光孔的几何尺寸相同。所述系统中，成像物镜包括望远物镜、照相物镜、显微物镜等类型。所述系统中，匀光器采用双微透镜阵列结构。所述系统中，紧凑型色散剪切干涉模块采用共光路结构时，由分束镜、第一反射镜、投射光栅、第二反射镜构成，其中第一反射镜所在平面与分束镜(3111)所在平面的夹角与第二反射镜所在平面与分束镜所在平面的夹角相同。所述系统中，紧凑型色散剪切干涉模块采用非共光路结构时，由分束镜、第一反射光栅、第一直角棱镜、第二反射光栅和第二直角棱镜构成，其中第二反射光栅也可以换成平面反射镜。与现有技术相比，本技术有以下优点：(1)系统不包含狭缝，具有高光通量、高空间分辨率的优点；(2)采用匀光器对激发光源进行处理，提高视场内激发光源均匀性；(3)在干涉系统中加入光栅，能够有效提高光谱分辨率。附图说明图1为本技术一种高通量干涉型拉曼高光谱成像系统；图2为本技术一种高通量干涉型拉曼高光谱成像系统中所用的共光路紧凑型色散剪切干涉结构；图3为本技术一种高通量干涉型拉曼高光谱成像系统中所用的非共光路紧凑型色散剪切干涉结构。具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步详细描述。如图1所示，本技术一种高通量干涉型拉曼高光谱成像系统，包括激光光源模块1、前置拉曼成像模块2、干涉光谱成像模块3和控制模块4，其中激光光源模块1由激发光源11、激光汇聚镜12和匀光器13构成；前置拉曼成像模块2由第一成像物镜21、二向色滤光片22、视场光阑23、准直物镜24和拉曼滤光片25构成；干涉光谱成像模块3由紧凑型色散剪切干涉模块31、第二成像物镜32和面阵相机33构成。所有光学元件相对于基底同轴等高，即相对于光学平台或仪器底座同轴等高。激发光源11的波长与拉曼滤光片25的抑制波长相同。匀光器13与视场光阑23位于第一成像物镜21的像面位置；匀光器13的有效几何尺寸与视场光阑23的通光孔的几何尺寸相同。匀光器13采用双微透镜阵列结构。第一成像物镜21包括望远物镜、照相物镜、显微物镜等类型。如图2所示，共光路结构的紧凑型色散剪切干涉模块31，由第一分束镜3111、第一反射镜3112、投射光栅3113、第二反射镜3114构成。第一反射镜3112所在平面与分束镜3111所在平面夹角与第二反射镜3114所在平面与第一分束镜3111所在平面的夹角相同。如图3所示，非共光路结构的紧凑型色散剪切干涉模块31，由第二分束镜3121、第一反射光栅3122、第一直角棱镜3123、第二反射光栅3124和第二直角棱镜3125构成。其中，第二反射光栅3124也可以换成平面反射镜。本技术的工作原理：激发光源11发出的激光束经过激光汇聚镜12后形成汇聚光束，随后汇聚光束经过匀光器13，光束被整形，提高激光信号能量分布均匀性。随后激光经过二向色滤光片22的反射后，经过第一成像物镜21，照射到待测目标上。激发光源照射目标，由于拉曼散射效应存在，产生拉曼光谱信号，首先经过成第一像物镜21后，经过二向色滤光片22的投射后，成像在视场光阑23位置，随后通过视场光阑23的有效光束经过准直物镜24和拉曼滤光片25后，进入干涉光谱成像模块3；拉曼滤光片25作用是抑制瑞利散射噪声。进入干涉光谱成像模块3的光束首先经过紧凑型色散剪切干涉模块31，光线形成两束横向剪切的相干光束，并且剪切距离随着波长变换而不同。随后出射的两束相干光经过第二成像物镜32后，成像在面阵相机33上。两束相干光在面阵相机33上形成干涉条纹。控制模块4用于控制激发光源11发射激光信号，同时控制紧凑型色散剪切干涉模块31扫描、面阵相机33记录干涉条纹信号。本技术的一种高通量干涉型拉曼高光谱成像系统，系统不包含狭缝，具有高光通量、高空间分辨率的优点；采用匀光器对激发光源进行处理，提高视场内激发光源均匀性；在干涉系统中加入光栅，能够有效提高光谱分辨率。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高通量干涉型拉曼高光谱成像系统，其特征在于：包括激光光源模块(1)、前置拉曼成像模块(2)、干涉光谱成像模块(3)和控制模块(4)，其中激光光源模块(1)由激发光源(11)、激光汇聚镜(12)和匀光器(13)构成；前置拉曼成像模块(2)由第一成像物镜(21)、二向色滤光片(22)、视场光阑(23)、准直物镜(24)和拉曼滤光片(25)构成；干涉光谱成像模块(3)由紧凑型色散剪切干涉模块(31)、第二成像物镜(32)和面阵相机(33)构成，其中紧凑型色散剪切干涉模块(31)包括共光路型和非共光路型两类；控制模块(4)用于控制激发光源(11)发射激光信号，同时控制紧凑型色散剪切干涉模块(31)扫描、面阵相机(33)记录干涉条纹信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种高通量干涉型拉曼高光谱成像系统，其特征在于：包括激光光源模块(1)、前置拉曼成像模块(2)、干涉光谱成像模块(3)和控制模块(4)，其中激光光源模块(1)由激发光源(11)、激光汇聚镜(12)和匀光器(13)构成；前置拉曼成像模块(2)由第一成像物镜(21)、二向色滤光片(22)、视场光阑(23)、准直物镜(24)和拉曼滤光片(25)构成；干涉光谱成像模块(3)由紧凑型色散剪切干涉模块(31)、第二成像物镜(32)和面阵相机(33)构成，其中紧凑型色散剪切干涉模块(31)包括共光路型和非共光路型两类；控制模块(4)用于控制激发光源(11)发射激光信号，同时控制紧凑型色散剪切干涉模块(31)扫描、面阵相机(33)记录干涉条纹信号。


2.根据权利要求1所述的一种高通量干涉型拉曼高光谱成像系统，其特征在于：激发光源(11)的波长与拉曼滤光片(25)的抑制波长相同。


3.根据权利要求1所述的一种高通量干涉型拉曼高光谱成像系统，其特征在于：匀光器(13)与视场...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟鑫，毛桂林，王静静，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32