本发明专利技术属于显微光谱成像技术领域，将共焦显微技术与拉曼光谱探测技术相结合，涉及一种分光瞳激光共焦拉曼光谱测试方法及装置。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与探测；利用分光瞳共焦显微成像系统的“极值点”来控制光谱探测系统能精确捕获物镜聚焦点处激发的拉曼光谱信息，继而实现“图谱合一”的分光瞳共焦拉曼光谱高空间分辨成像与探测。本发明专利技术为微区三维几何位置与光谱的高空间分辨探测提供新的技术途径，可广泛应用于物理、化学、生物医学、材料科学、环境科学、石油化工、地质、药物、食品、刑侦和珠宝检定等领域，可对样品进行无损伤鉴定和深度光谱分析。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于显微光谱成像
，将共焦显微技术与拉曼光谱探测技术相结合，涉及一种分光瞳激光共焦拉曼光谱测试方法及装置。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与探测；利用分光瞳共焦显微成像系统的“极值点”来控制光谱探测系统能精确捕获物镜聚焦点处激发的拉曼光谱信息，继而实现“图谱合一”的分光瞳共焦拉曼光谱高空间分辨成像与探测。本专利技术为微区三维几何位置与光谱的高空间分辨探测提供新的技术途径，可广泛应用于物理、化学、生物医学、材料科学、环境科学、石油化工、地质、药物、食品、刑侦和珠宝检定等领域，可对样品进行无损伤鉴定和深度光谱分析。【专利说明】一种分光瞳激光共焦拉曼光谱测试方法与装置
本专利技术属于显微光谱成像
，将共焦显微技术与拉曼光谱探测技术相结合，涉及一种“图谱合一”的高空间分辨光谱测试成像方法及装置，用于对样品的微区光谱进行高分辨测试等。
技术介绍
激光共焦拉曼光谱技术通过入射激光引起分子(或晶格)产生振动而损失(或获得)部分能量，使散射光频率发生变化，通过对散射光进行分析，来探知分子的组分、结构及相对含量等，激光共焦拉曼光谱技术亦被称为分子探针技术。该技术既继承了共焦显微术的高分辨层析成像特征，又可以对样品进行光谱分析，它不仅可以观测样品同一层面内不同微区的拉曼光谱信号，还能分别观测样品内深度不同的各个层面的拉曼信号，对被测样品进行断层扫描，从而在不损伤样品的情况下达到进行“光学切片”的效果。激光共焦拉曼光谱测试技术作为一种极其重要的材料结构测量与分析的基本技术手段，广泛应用于物理、化学、生物医学、材料科学、环境科学、石油化工、地质、药物、食品、刑侦和珠宝检定等领域，可对样品进行无损伤鉴定和深度光谱分析，同时，还可以进行样品扫描和低温分析、材料的光致发光研究等。传统共焦拉曼光谱测试仪的原理如图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棱镜反射的光进行会聚，利用位于第一针孔后面的拉曼光谱探测系统测得载有被测样品光谱信息的拉曼散射光谱。由于激发出的拉曼散射光十分微弱，现有激光共焦拉曼光谱探测仪为了减小拉曼散射光的能量损失，系统中选取较大的针孔，通常在Φ150μπι?Φ 200 μ m之间，由于系统利用共焦方式进行焦点定位，针孔尺寸直接影响共焦轴向定位曲线的半高宽，针孔尺寸较大导致系统定焦精度降低，即降低了空间分辨力。并且系统只能进行光谱探测，模式单一，限制了其应用领域。同时，样品散射的拉曼散射光只有反射的瑞利光束强度的10_3?10_6倍,而现有共焦拉曼光谱探测仪器只利用了微弱的拉曼散射光进行光谱探测而遗弃强于拉曼散射光IO3?IO6倍的瑞利光束，利用拉曼散射光直接进行成像，存在系统灵敏度较低的不足。此外，为了获得精确、丰富的测量信息，拉曼光谱成像时既需较长时间的单点拉曼光谱探测，又需进行多点拉曼光谱探测，因此拉曼光谱成像需要较长的时间。但是，仪器长时间成像过程中受环境温度、振动、空气抖动等的影响较大，易使仪器系统产生漂移，从而导致样品被探测位置离焦；由于现有共焦拉曼光谱探测技术不具备实时焦点跟踪和位置矫正能力，因而在整个成像过程中，无法保证其激发光斑的位置处在物镜焦点位置，实际激发光斑远大于物镜聚焦光焦斑，其结果制约了可探测区域的微小化，限制了共焦拉曼光谱仪器的微区光谱探测能力。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服已有技术的不足，提供一种共焦显微技术与拉曼光谱探测相结合的分光瞳激光共焦拉曼光谱测试方法及装置。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与探测；利用分光瞳共焦显微成像系统的“极值点”来控制光谱探测系统能精确捕获物镜聚焦点处激发的拉曼光谱信息，继而实现“图谱合一”的分光瞳共焦拉曼光谱高空间分辨成像与探测。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。一种分光瞳激光共焦拉曼光谱测试方法，包括以下步骤:在测量物镜的光瞳面上放置照明光瞳和收集光瞳。光源系统发出能够激发出拉曼光谱的激发光束。激发光束透过照明光瞳、测量物镜后，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，同时反射出瑞利光。拉曼散射光和瑞利光经测量物镜和收集光瞳后到达二向色分光系统，二向色分光系统对拉曼散射光和瑞利光进行无损分离。经二向色分光系统反射的瑞利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。与此同时，经二向色分光系统透射的拉曼散射光进入拉曼光谱探测系统，利用分光瞳激光共焦响应曲线的“极值点”与测量物镜焦点位置精确对应这一特性，通过寻找“极值点”来精确捕获激发光斑焦点位置的光谱信息，实现高空间分辨的光谱探测。具体过程为:将分光瞳激光共焦响应曲线的“极值点”精确对应测量物镜的焦点。测量过程中可以对被测样品进行实时、精确地跟踪定焦，通过计算机处理系统控制三维扫描系统的姿态以保证被测样品在整个测量过程中始终处于焦点位置，可抑制因环境温度和振动等因素导致被测样品离焦而产生的误差，提高测量精度。当只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时，能够进行高空间分辨率的三维尺度层析成像探测；当只对接收拉曼散射光的拉曼光谱探测系统获得的光谱信号进行处理时，能够进行光谱探测；当同时对接收瑞利光的分光瞳激光共焦探测系统获得的信号和接收拉曼散射光的拉曼光谱探测系统获得的光谱信号进行处理时，能够进行高空间分辨的微区图谱层析成像，实现对被测样品“图谱合一”的分光瞳激光共焦拉曼光谱高空间分辨成像与探测。特别的，在本专利技术方法中，所述照明光瞳和收集光瞳可以是圆形、D形或者其他形状。在本专利技术方法中，激发光束可以是线偏光、圆偏光等偏振光束；还可以是由光瞳滤波技术生成的结构光束。偏振光与光瞳滤波技术结合可以压缩测量聚焦光斑尺寸，提高系统的横向分辨力。本专利技术方法可以探测包括荧光、布里渊散射光、康普顿散射光等散射光谱。在本专利技术方法中，仅通过计算机系统软件处理即可实现对不同NA值的测量物镜的匹配，而无需重新对系统进行任何硬件装调。本专利技术提供了一种分光瞳激光共焦拉曼光谱测试装置，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、三维扫描系统、位移传感器、二向色分光系统、拉曼光谱探测系统、分光瞳激光共焦测量系统、数据处理单元和计算机处理系统。其中，照明光瞳和收集光瞳放置在测量物镜的光瞳面上。被测样品固定在三维扫描装置的载物台上。照明光瞳和测量物镜依次放置在光源系统的光束出射方向上，照明光瞳与激发光束同轴，二向色分光系统放置在收集光瞳之后，拉曼光谱探测系统放置在二向色分光系统的透本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种分光瞳激光共焦拉曼光谱测试方法，其特征在于，包括以下步骤：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）发出能够激发出拉曼光谱的激发光束；激发光束依次透过照明光瞳（3）、测量物镜（2）后，聚焦在被测样品（5）上，激发出载有被测样品光谱特性的拉曼散射光，同时反射出瑞利光；拉曼散射光和瑞利光依次经测量物镜（2）和收集光瞳（4）后到达二向色分光系统（6），二向色分光系统（6）对拉曼散射光和瑞利光进行无损分离；经二向色分光系统（6）反射的瑞利光进入分光瞳激光共焦探测系统（11）；分光瞳激光共焦探测系统（11）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：对接收瑞利光的分光瞳激光共焦探测系统（11）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；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），利用分光瞳激光共焦响应曲线的“极值点”与测量物镜（2）焦点位置精确对应这一特性，通过寻找“极值点”来精确捕获激发光斑焦点位置的光谱信息，实现高空间分辨的光谱探测；具体过程为：将分光瞳激光共焦响应曲线的“极值点”精确对应测量物镜（5）的焦点；当只对接收瑞利光的分光瞳激光共焦探测系统（11）获得的探测光斑进行处理时，能够进行高空间分辨率的三维尺度层析成像探测；当只对接收拉曼散射光的拉曼光谱探测系统（7）获得的光谱信号进行处理时，能够进行光谱探测；当同时对接收瑞利光的分光瞳激光共焦探测系统（11）获得的信号和接收拉曼散射光的拉曼光谱探测系统（6）获得的光谱信号进行处理时，能够进行高空间分辨的微区图谱层析成像，实现对被测样品“图谱合一”的分光瞳激光共焦拉曼光谱高空间分辨成像与探测。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵维谦，王允，刘大礼，盛忠，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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