一种通道光谱型全偏振拉曼光谱测量方法及系统技术方案

本发明专利技术属于一种拉曼光谱测量方法，针对当前获取全偏振拉曼光谱信号的系统，结构和操作都较为繁琐的技术问题，提供一种通道光谱型全偏振拉曼光谱测量方法及系统，借助第一高阶延迟器

【技术实现步骤摘要】
一种通道光谱型全偏振拉曼光谱测量方法及系统


[0001]本专利技术属于一种拉曼光谱测量方法，具体涉及一种通道光谱型全偏振拉曼光谱测量方法及系统
。

技术介绍

[0002]拉曼效应早在
1928
年就由
C.V.Raman
和
K.S.Krishnan
提出，开启了光与物质非弹性散射相互作用的研究，并指出在散射光中存在波长红移的次级散射光，该次级散射光被称为拉曼散射光，以其发现者的名字命名
。
[0003]拉曼光谱技术应用于检测时，由于具有高特异性
、
无损
、
不需要样品制备及标记等优点，在生物医学和临床诊断等领域具有非常广泛的应用，且通常与显微镜相结合
。
典型的拉曼显微系统基于共聚焦显微镜，其中，共聚焦性描述的是显微镜拒绝来自其聚焦点以外的光的能力，一般通过设置一个与显微镜聚焦的点共轭的小孔来实现，该共轭的小孔同时也能防止离焦点的光进入探测器，可以有效滤除目标样本点以外的背景信息，但同时共聚焦也有无法实时成像的缺点，图像的获取需要通过点扫描来实现
。
典型的拉曼显微系统工作原理如图1所示，入射激光
016
首先被保偏光纤耦合进入系统，耦合光纤
012
靠近系统的一端处在准直镜
011
的焦点处，然后经过准直镜
011
的准直，变为更大半径的平行激光束，随后激光进入高数值孔径的显微物镜
014
，最后被聚焦在样品
015
平面上
。
其中，高数值孔径的显微物镜
014
使聚焦的光斑更小，激光强度更高，更容易精确的在目标点激发出更强的拉曼信号，并且高数值孔径的显微物镜
014
同样可以收集更大角度内的散射光，从而增加信号收集的效率
。
在陷波二向分束器
08
之前还放置了一个超窄带通滤光片
09
，也被称为激光线滤光片，该滤光片用于滤除激光以外的杂散光，杂散光主要来源于光纤中二氧化硅的拉曼散射，从而保障到达样品
015
平面的激光纯净度
。
由于基于共聚焦显微镜的拉曼光谱仪一次只能探测单点，为了实现对样品
015
平面的点扫描，样品
015
被放置在一个电控位移台上，可以实现水平平面的运动和扫描
。
[0004]激光和样品
015
在样品平面相互作用后产生的散射光被同一个高数值孔径的显微物镜
014
收集，该模式下收集的光被称为后向散射光，后向散射光被第二反射镜
013
反射后打到陷波二向分束器
08
平面上，陷波二向分束器
08
是陷波滤光片和分束器的结合，具有波长选择作用，在入射激光波长为中心的一个范围内的光将被反射，而其余光会被透射，故散射光中的瑞利散射光将被反射，而拉曼散射光将透过该陷波二向分束器
08
进入信号收集光路
。
值得一提的是，陷波二向分束器
08
的成功制造得益于先进滤光技术的发展，它不仅能将激光反射并引导到样品平面，还能使得微弱的拉曼信号可以从很强的瑞利散射背景中提取出来，使得拉曼光谱系统可以做的更加紧凑和小型化，大大降低了仪器的应用成本
。
从陷波二向分束器
08
透过的散射光再通过一个二向的分束器
05
，该分束器
05
会反射波长较短的光
(
反斯托克斯信号及可见光背景
)
，而透射波长较长的光即拉曼散射光，反射的光被成像镜
07
成像在一个面阵探测器
06
上，实现样品平面的亮场成像，而透射的拉曼散射光再经过一个陷波滤光片
04
进一步滤除瑞利散射背景后，被透镜
03
聚焦在光纤
02
的端口，然后经由光
纤
02
传输到光谱仪
01
中，实现拉曼光谱信号的记录
。
这里光纤
02
的端口与激光聚焦在样品平面的光斑呈共轭关系，满足共聚焦的条件
。
若要获取全偏振拉曼光谱信号，只要在陷波滤光片
04
和透镜
03
之间增加偏振片，通过至少旋转四次偏振片，获得全部的线偏振拉曼光谱
。
这种方法需要为偏振片配置运动部件，还要多次操作旋转偏振片，对应进行多次探测，结构和操作都较为繁琐
。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对当前获取全偏振拉曼光谱信号的系统，结构和操作都较为繁琐的技术问题，提供一种通道光谱型全偏振拉曼光谱测量方法及系统
。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]第一方面，本专利技术提出一种通道光谱型全偏振拉曼光谱测量方法，包括：
[0008]将在待测样品平面产生的拉曼散射光经偏振调制组件的调制，形成偏振调制拉曼光谱；所述偏振调制组件包括依次设置的第一高阶延迟器
、
第二高阶延迟器和偏振片；
[0009]将所述偏振调制拉曼光谱从时域转换为频域，并在频域形成多个分立的通道；
[0010]通过傅里叶变换方法从频域中解调出拉曼光谱的全偏振信息
。
[0011]进一步地，所述分立通道的数量为五；
[0012]五个所述分立通道包括一个低频通道
、
两个对称的中频通道和两个对称的高频通道，且相邻分立通道的中心距离为
2/5
的拉曼散射光截止频率；
[0013]所述低频通道为频率小于
1/3
拉曼散射光截止频率的通道；
[0014]所述中频通道为频率大于等于
1/3
拉曼散射光截止频率，且小于等于
2/3
拉曼散射光截止频率的通道；
[0015]所述高频通道为频率大于
2/3
拉曼散射光截止频率的通道
。
[0016]进一步地，所述第一高阶延迟器的快轴方向为0°
，所述第二高阶延迟器的快轴方向为
45
°
，所述偏振片的透过轴方向为0°
。
[0017]进一步地，所述第一高阶延迟器和第二高阶延迟器的材料均为
YVO4
，厚度均为
5.4mm。
[0018]进一步地，所述偏振调制拉曼光谱表示如下：
[0019][0020]其中，
S0表示全偏振信息中的第一全偏振分量，
S1表示全偏振信息中的第二全偏振分量，
S2表示全偏振信息中的第三全偏振分量，
S3表示全偏振信息中的第四全偏振分量，
i
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种通道光谱型全偏振拉曼光谱测量方法，其特征在于，包括：将在待测样品
(15)
平面产生的拉曼散射光经偏振调制组件的调制，形成偏振调制拉曼光谱；所述偏振调制组件包括依次设置的第一高阶延迟器
(9)、
第二高阶延迟器
(10)
和偏振片
(11)
；将所述偏振调制拉曼光谱从时域转换为频域，并在频域形成多个分立的通道；通过傅里叶变换方法从频域中解调出拉曼光谱的全偏振信息
。2.
根据权利要求1所述一种通道光谱型全偏振拉曼光谱测量方法，其特征在于：所述分立通道的数量为五；五个所述分立通道包括一个低频通道
、
两个对称的中频通道和两个对称的高频通道，且相邻分立通道的中心距离为
2/5
的拉曼散射光截止频率；所述低频通道为频率小于
1/3
拉曼散射光截止频率的通道；所述中频通道为频率大于等于
1/3
拉曼散射光截止频率，且小于等于
2/3
拉曼散射光截止频率的通道；所述高频通道为频率大于
2/3
拉曼散射光截止频率的通道
。3.
根据权利要求2所述一种通道光谱型全偏振拉曼光谱测量方法，其特征在于：所述第一高阶延迟器
(9)
的快轴方向为0°
，所述第二高阶延迟器
(10)
的快轴方向为
45
°
，所述偏振片
(11)
的透过轴方向为0°
。4.
根据权利要求3所述一种通道光谱型全偏振拉曼光谱测量方法，其特征在于：所述第一高阶延迟器
(9)
和第二高阶延迟器
(10)
的材料均为
YVO4
，厚度均为
5.4mm。5.
根据权利要求1至4任一所述所述一种通道光谱型全偏振拉曼光谱测量方法，其特征在于：所述偏振调制拉曼光谱表示如下：
I
modulated
＝
S0/2+S2/4+S1e
‑
i
φ
/4+S1e
i
φ
/4+(
‑
S2‑
iS3)e
‑
i(2
φ
)
/8+(
‑
S2+iS3)e
i(2
φ
)
/8
其中，
S0表示全偏振信息中的第一全偏振分量，
S1表示全偏振信息中的第二全偏振分量，
S2表示全偏振信息中的第三全偏振分量，
S3表示全偏振信息中的第四全偏振分量，
i
表示复数
。6.
根据权利要求5所述所述一种通道光谱型全偏振拉曼光谱测量方法，其特征在于，所述通过傅里叶变换方法从频域中解调出拉曼光谱的全偏振信息，包括：将中频通道从频域变换至时域，经过相位校正，提取得到全偏振信息中的第二个全偏振分量
S1；将高频通道从频域变换至时域，经过相位校正，取实部作为全偏振信息中的第三全偏振分量
S2，虚部作为全偏振信息中的第四全偏振分量
S3；将低频通道从频域变换至时域，再剔除第三全偏振分量
S2，得到全...

【专利技术属性】
技术研发人员：张淳民，陈泽宇，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：