CN103105231A - 一种高空间分辨共焦拉曼光谱探测方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于光学显微成像及光谱测量技术领域，涉及一种高空间分辨共焦拉曼光谱探测方法与装置。该方法与装置在光谱探测中融入共焦技术，并利用二向色分光系统（13）对瑞利光和拉曼散射光进行无损分离，利用共焦曲线（34）最大值与焦点位置精确对应的特性，通过寻找最大值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，构成一种可实现样品微区高空间分辨光谱探测的方法和装置。本发明具有定位准确，高空间分辨，光谱探测灵敏度高等优点，在生物医学、法庭取证等领域有广泛的应用前景。

Description

一种高空间分辨共焦拉曼光谱探测方法与装置

技术领域

本发明属于光学显微成像及光谱测量技术领域，涉及一种高空间分辨共焦拉曼光谱探测方法与装置，可用于各类样品的三维形貌重构及微区光谱探测。

技术背景

激光共焦拉曼光谱测试技术是将显微分析技术与拉曼光谱分析技术结合起来的新技术，它将入射激光通过显微镜聚焦到样品上，从而可以在不受周围物质干扰的情况下，获得所照样品微区的分子结构等，被称为分子探针。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由于其无损光谱层析成像能力及高分辨率，已广泛应用于物理、化学、生物医学、石油化工、环境科学、材料科学、地质、刑侦和珠宝等领域。

目前，典型的激光共焦拉曼光谱探测仪的原理如图1所示，激光器发出光束后，经过第一聚光镜、第一针孔后、第二聚光镜后扩束成为平行光，透过第一分光系统、四分之一波片、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；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第一分光系统反射，经第四聚光镜聚焦到第三针孔后，由第五聚光镜汇聚到第一光谱仪，从而，测得载有被测样品光谱信息的拉曼散射光。

现有激光共焦拉曼光谱探测仪存在以下问题：1、为了减小拉曼散射光的能量损失，系统中选取的针孔通常在150μm～200μm之间，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，即降低空间分辨力；2、利用微弱的拉曼散射光进行定位，降低了系统的灵敏度；3、在长时间光谱探测过程中，系统容易受环境等因素影响发生漂移，产生离焦，降低系统空间分辨力；4、系统只可进行光谱探测，模式单一。上述原因限制了共焦拉曼光谱显微系统探测微区光谱的能力，制约了共焦拉曼光谱技术的进一步发展。

基于上述情况，本发明提出共焦探测系统利用现有共焦拉曼光谱探测系统收集到的样品散射光中遗弃的强于样品拉曼散射光10³～10⁶倍的瑞利光束进行高精度探测，使其与拉曼光谱探测系统有机融合，以期实现高空间分辨共焦拉曼光谱成像与探测，而实现高空间分辨力的光谱探测是目前光谱显微测试领域亟待解决的问题，具有极其重要的理论和学术价值。

本发明专利的具体思路是：将激光共焦技术与拉曼光谱探测技术有机结合，共焦系统利用系统收集到的样品散射光中的瑞利光束对聚焦光斑的焦点进行实时跟踪与空间位置探测，拉曼光谱探测系统利用系统收集到的样品的散射光中的拉曼散射光进行光谱探测，然后再将共焦探测系统信号与拉曼光谱探测系统信号有机融合，从而实现激光共焦拉曼光谱系统高空间分辨探测。

发明内容

本发明的目的是：为了克服现有共焦拉曼光谱探测技术空间分辨力难以提高的不足，提出一种具有高空间分辨力的共焦拉曼光谱探测方法和装置。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明提供了一种高空间分辨共焦拉曼光谱探测方法，利用二向色分光系统将系统收集到的散射光分离为瑞利光和拉曼散射光，瑞利光进入共焦探测系统进行焦点定位，拉曼散射光进入拉曼光谱探测系统进行光谱探测，利用共焦曲线最大值M与焦点O位置精确对应这一特性，通过寻找最大值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，该方法的具体实现步骤如下：

1）通过激发光束产生系统产生激发光，经过第一分光系统、物镜后，聚焦在被测样品上，并激发出瑞利光和载有被测样品光谱特性的拉曼散射光；

2）移动被测样品，使瑞利光及对应被测样品不同区域的拉曼散射光再次经过物镜，并被第一分光系统反射至二向色分光系统，经二向色分光系统分光对拉曼散射光和瑞利光进行分离；

3）瑞利光被二向色分光系统反射进入共焦探测系统，利用共焦探测系统中的第一探测器，测得反映样品凹凸变化的强度响度相应I（ν,u），即可进行三维尺度层析成像测试，其中，v为横向归一化光学坐标，u为轴向归一化光学坐标；

4）拉曼散射光经二向色分光系统透射进入拉曼光谱探测系统，利用拉曼光谱探测系统测得载有被测样品光谱特性的拉曼散射信号I（λ），即可进行光谱测试，其中λ为波长；

5）将I（λ）、I（ν,u）传送到数据处理模块进行数据处理，从而获得包含被测样品位置信息I（ν,u）和光谱信息I（λ）的三维测量信息I（ν,u,λ）；

6）使被测样品沿x、y方向扫描，物镜沿z方向扫描，重复上述步骤测得对应物镜焦点位置附近的一组i个包含位置信息I（ν,u）和光谱信息I（λ）的序列测量信息{I_i（λ），I_i（ν,u）}；

7）利用可分辨区域δ_i对应的位置信息I_i（ν,u），找出对应δ_i区域的光谱信息I_i（λ）值，再依据v与横向位置坐标（x,y）的关系以及u与轴向位置坐标z的关系，重构反映被测物微区δ_i三维尺度和光谱特性的信息I_i（x_i,y_i,z_i,λ_i），即实现了微区δ_min的光谱探测和三维几何位置探测；

8）对应最小可分辨区域δ_min的三维尺度和光谱特性由下式确定：

$I_{{\mathrm{\σ}}_{\min }}(x,y,z,\mathrm{\λ})=I_i(x,y,z,\mathrm{\λ}){|}_{I_i(v,u)=\left(I_i(v,u)\right)\max }$

即实现了高空间分辨共焦拉曼光谱探测。

本发明的探测方法中，共焦曲线最大值M处对应物镜焦点O，此处聚焦光斑尺寸最小，探测的区域最小，共焦曲线其他位置对应物镜的离焦区域，在焦前或焦后BB'区域内的聚焦光斑尺寸随离焦量增大而增大，利用此特点，通过调整样品的z向离焦量，并根据实际测量精度需求来控制聚焦光斑的尺寸，可实现对样品探测区域大小可控。

本发明的探测方法中，激发光束可以是偏振光束：线偏光、圆偏光、径向偏振光等；还可以是由光瞳滤波技术生成的结构光束，其与偏振调制技术联用可以压缩测量聚焦光斑尺寸，提高系统横向分辨力。

本发明提供了一种高空间分辨共焦拉曼光谱探测装置，包括激发光束产生系统、第一分光系统、物镜、三维扫描工作台、二向色分光系统、拉曼光谱探测系统、共焦探测系统及数据处理模块；其中，第一分光系统、物镜、三维扫描工作台沿光路依次放置在激发光束产生系统出射方向，二向色分光系统位于第一分光系统的反射方向，拉曼光谱探测系统位于二向色分光系统的透射方向，共焦探测系统位于二向色分光系统的反射方向，数据处理模块与拉曼光谱探测系统和共焦探测系统连接，用于融合并处理拉曼光谱探测系统与共焦探测系统采集到的数据

本发明的装置中，拉曼光谱探测系统可以是普通拉曼光谱探测系统，包括沿光路依次放置的第七聚光镜、位于第七聚光镜焦点位置的第二光谱仪及位于第二光谱仪后的第四探测器，用于被测样品的表层光谱探测；还可以是共焦拉曼光谱探测系统，包括沿光路依次放置的第四聚光镜、位于第四聚光镜焦点位置的第三针孔、位于第三针孔后的第五聚光镜、位于第五聚光镜焦点位置的第一光谱仪及位于第一光谱仪后的第二探测器，用于提高系统信噪比和空间分辨力，以及对被测样品的层析光谱探测。

本发明的装置中，激发光束产生系统还可以包括偏振调制器及光瞳滤波器，用于产生偏振光及结构光束。

本发明的装置中，用于压缩激发光斑的光瞳滤波器可以位于偏振调制器与第一分光系统之间，还可以位于第一分光系统与物镜之间。

本发明的装置中，激发光束产生系统还可以放在第一分光系统的反射方向，二向色分光系统沿光路依次放在第一分光系统的透射方向，拉曼光谱探测系统位于二向色分光系统的透射方向，共焦探测系统位于二向色分光系统的反射方向，数据处理模块连接共焦探测系统与拉曼光谱探测系统。

本发明的装置中，还可以包括第二分光系统及位于第二分光系统反射方向的显微观察系统，用于被测样品粗瞄；其中，第二分光系统可以位于激发光束产生系统与第一分光系统之间，还可以位于第一分光系统与物镜之间。

本发明的装置中，数据处理模块包括用于处理位置信息的共焦数据模块和用于融合位置信息和光谱信息的数据融合模块。

有益效果：

本发明对比已有技术具有以下创新点：

1）利用共焦系统轴向响应曲线的最大值点与焦点位置精确对应这一特性，通过特性曲线最大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；

2）利用二向色分光装置对系统收集到的瑞利光和载有被测样品信息的拉曼散射光进行分光，瑞利光进入共焦探测系统，拉曼散射光进入拉曼光谱探测系统，实现光能的完全利用，使微弱的拉曼散射光能够无损的进入拉曼光谱探测系统，提高系统光谱探测灵敏度；

3）将共焦显微系统与拉曼光谱成像系统在结构和功能上相融合，既可实现样品微区几何参数的层析成像，又可实现样品微区的光谱探测，即同时实现三维尺度层析成像、图谱层析成像和光谱测试三种成像模式；

本发明对比已有技术具有以下显著优点：

1）融合共焦技术和光谱探测技术，利用共焦系统对焦点的精确定位，大幅提高光谱探测的空间分辨力；

2）利用共焦响应曲线的离焦区域，调控聚焦光斑尺寸，可满足不同测试需求，使系统具有通用性；

3）系统同时兼顾微尺度层析成像、图谱层析成像及光谱测试三种成像模式。

附图说明

图1为共焦拉曼光谱成像方法示意图；

图2为高空间分辨共焦拉曼光谱探测方法示意图；

图3为高空间分辨共焦拉曼光谱探测装置示意图；

图4为具有显微功能的高空间分辨共焦拉曼光谱探测装置示意图；

图5为具有显微功能的反射式高空间分辨共焦拉曼光谱探测装置示意图；

图6为高空间分辨共焦拉曼光谱探测方法与装置实施例图；

其中，1-激发光束产生系统、2-激光器、3-第一聚光镜、4-第一针孔、5-第二聚光镜、6-偏振调制器、7-光瞳滤波器、8-第一分光系统、9-1/4波片、10-物镜、11-被测样品、12-三维扫描工作台、13-二向色分光系统、14-共焦探测系统、15-第三聚光镜、16-第二针孔、17-第一探测器、18-拉曼光谱探测系统、19-第四聚光镜、20-第三针孔、21-第五聚光镜、22-第一光谱仪、23-入射狭缝、24-平面反射镜、25-第一凹面反射聚光镜、26-光谱光栅、27-第二凹面反射聚光镜、28-出射狭缝、29-第二探测器、30-数据处理模块、31-共焦数据模块、32-数据融合模块、33-共焦拉曼曲线、34-共焦曲线、35-第二分光系统、36-显微观察系统、37-柯勒照明系统、38-第三分光系统、39-第六聚光镜、40-第三探测器、41-第七聚光镜、42-第二光谱仪、43-第四探测器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明的基本思想是利用共焦探测和共焦拉曼探测相结合实现高空间分辨的拉曼光谱探测。

如图2所示，激发光束产生系统1产生激发光，经过第一分光系统8、物镜10后，聚焦在被测样品11上，并激发出瑞利光和载有被测样品光谱特性的拉曼散射光，激发出的拉曼散射光和瑞利光被系统收集回光路中，经过物镜10后被第一分光系统8反射至二向色分光系统13，经二向色分光系统13分光后，拉曼散射光和瑞利光相互分离，瑞利光被反射进入共焦探测系统14进行位置探测，拉曼散射光透射进入光谱探测系统22进行光谱探测。

如图3所示，本装置包括沿光路依次放置的激发光束产生系统1、第一分光系统8、物镜10、被测样品11、三维扫描工作台12，位于第一分光系统8反射方向的二向色分光系统13，位于二向色分光系统13透射方向的光谱探测系统22及反射方向的共焦探测系统14，还包括连接光谱探测系统22和共焦探测系统14的数据处理模块30。

把图3中光谱探测系统22替换为包括第四聚光镜19、第三针孔20、第五聚光镜21、第一光谱仪22及第二探测器29的共焦光谱系统，在第一分光系统8与物镜10之间添加第四分光系统40，第四分光系统40反射方向添加显微观察系统37，即构成图4。

把图4中的激发光束产生系统1放置于第一分光系统8的反射方向，二向色分光系统13放置于第一分光系统8的透射方向，即构成图5。

实施例

本实施例中第一分光系统8为保偏分光棱镜，第二分光系统35为保偏分光棱镜，第三分光系统38为宽带分光棱镜，二向色分光系统13为Notch filter。

如图6所示，高空间分辨共焦拉曼光谱探测方法，其测试步骤如下：

首先，柯勒照明系统37产生均匀白光，白光透过宽带分光棱镜38后，被保偏分光棱镜35反射，经过物镜10聚焦在被测样品11上，白光被反射回原光路，经物镜10后被保偏分光棱镜35、宽带分光棱镜38分别反射后，经过第六聚光镜39后进入第三探测器40，通过观察第三探测器40中的图像对测样品11进行粗瞄，以确定样品需要观测的区域对样品进行粗定位。

然后，激光器2发出的光束经第一聚光镜3会聚后进入第一针孔4经过第二聚光镜5后，准直扩束为平行光，光束经保偏分光棱镜8反射后，通过物镜10形成压缩光斑聚焦在被测样品11上，并激发出瑞利光和载有被测样品11光谱特性的拉曼散射光，被测样品11可通过增强拉曼光谱纳米粒子等拉曼增强技术进行处理，以提高拉曼散射光的强度。

移动被测样品11，使瑞利光及对应被测样品11不同区域的拉曼散射光被系统收集回原光路，经过物镜10并透射过保偏分光棱镜35后，透射过保偏分光棱镜8后进入探测部分，其中，拉曼散射光透射过Notch filter13进入拉曼光谱探测系统18，拉曼散射光被第七聚光镜41会聚进入第二光谱仪42，拉曼散射光经入射狭缝23，平面反射镜24和第一凹面反射聚光镜25反射后到达光谱光栅26，光束经过光谱光栅26衍射后，被第二凹面反射聚光镜27反射聚焦到出射狭缝28上，最后入射到第四探测器43。由于光栅的衍射作用，拉曼光谱中不同波长的光相互分离，从出射狭缝28出来的光线为单色光，当光谱光栅26转动时，从出射狭缝28出射的光波长不同，通过监测第四探测器43的响应值和光栅旋转的角度即可得到被测样品11的拉曼光谱；瑞利光被Notch filter13反射进入共焦探测系统14，瑞利光经过第三聚光镜15、位于第三聚光镜15焦点位置的第二针孔16后被第一探测器17接收。

测量过程中，对被测样品11进行轴向和横向扫描时，共焦探测系统14中的第一探测器17，测得反应被测样品11凹凸变化的强度响应为I（ν,u），将所得强度响应I（ν,u）传送到共焦数据模块31进行处理，其中，v为横向归一化光学坐标，u为轴向归一化光学坐标；

拉曼光谱探测系统18中第四探测器43探测到的载有被测样品11光谱信息的拉曼散射光光谱信号为I（λ）（λ为波长）。

将I（λ）、I（ν,u）传送到数据融合模块32进行数据处理，从而获得包含被测样品11位置信息I（ν,u）和光谱信息I（λ）的三维测量信息I（ν,u,λ）。

对被测样品11沿x、y向扫描，物镜10沿z向扫描，重复上述步骤，测得对应物镜焦点位置附近的一组i个包含位置信息I（ν,u）和光谱信息I（λ）的序列测量信息{I_i（λ），I_i（ν,u）}；

利用可分辨区域δ_i对应的位置信息I_i（ν,u），找出对应δ_i区域的光谱信息I_i（λ）值，再依据v与横向位置坐标（x,y）的关系以及u与轴向位置坐标z的关系，重构反映被测物微区δ_i三维尺度和光谱特性的信息I_i（x_i,y_i,z_i,λ_i）；

对应最小可分辨区域δ_min的三维尺度和光谱特性可由式（2）确定：

$I_{{\mathrm{\σ}}_{\min }}(x,y,z,\mathrm{\λ})=I_i(x,y,z,\mathrm{\λ}){|}_{I_i(v,u)=\left(I_i(v,u)\right)\max }---\left(1\right)$

这样即可实现高空间分辨的共焦拉曼光谱探测。

同时，可以利用共焦轴向响应曲线BB′段的不同测量值{z_i}，确定对应不同测量值位置的光谱特性I_δi（z_i,λi），即可实现激发焦点附近可控微区的光谱特性测试。

从图6中可以看出，通过共焦探测系统14响应曲线的极大值点，可精确捕获激发光斑的焦点位置，从测量序列数据{I_i（λ），I_i（ν,u））}中，抽取对应焦点位置O的激发光谱，即实现了微区δ_min的光谱探测和三维几何位置探测。

通过对测量信息{I_i（λ），I_i（ν,u）}的融合处理，可实现式（5）所示的三种测量模式，即：微区图谱层析成像测试、三维尺度层析成像和光谱测试。

如图6所示，高空间分辨共焦拉曼光谱探测装置包括位于保偏分光棱镜8反射方向的激发光束产生系统1、位于保偏分光棱镜8透射方向沿光路依次放置的物镜10、被测样品11、三维扫描工作台12及位于保偏分光棱镜8透镜方向的Notch filter13、位于Notch filter13透射方向的拉曼光谱探测系统18、位于Notch filter13反射方向的共焦探测系统14、及位于共焦探测系统14与拉曼光谱探测系统18连接处的数据处理模块30；其中，激发光束产生系统1用于产生激发光束，包括沿光路依次放置激光器2、第一聚光镜3、位于第一聚光镜3焦点位置的第一针孔4、第二聚光镜5；拉曼光谱探测系统包括沿光路依次放置的第七聚光镜41、位于第七聚光镜41焦点位置的第二光谱仪42及位于第二光谱仪42后的第四探测器43，其中，第二光谱仪42包括沿光路依次放置的入射狭缝23、平面反射镜24、第一凹面反射聚光镜25、光谱光栅26、第二凹面反射聚光镜27和出射狭缝28；共焦探测系统包括第三聚光镜15、位于第三聚光镜15焦点位置的第二针孔16、第一探测器17；数据处理模块30包括共焦数据模块31及数据融合模块32，用于融合处理采集到的数据。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上进行的改动都是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高空间分辨共焦拉曼光谱探测方法，其特征在于：利用二向色分光系统（13）将系统收集到的散射光分离为瑞利光和拉曼散射光，瑞利光进入共焦探测系统（14）进行焦点定位，拉曼散射光进入拉曼光谱探测系统（18）进行光谱探测，利用共焦曲线（34）最大值M与焦点O位置精确对应这一特性，通过寻找最大值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，该方法的具体实现步骤如下：

1）通过激发光束产生系统（1）产生激发光，经过第一分光系统（8）、物镜（10）后，聚焦在被测样品（11）上，并激发出瑞利光和载有被测样品（11）光谱特性的拉曼散射光；

2）移动被测样品（11），使瑞利光及对应被测样品不同区域的拉曼散射光再次经过物镜（10），并被第一分光系统（8）反射至二向色分光系统（13），经二向色分光系统（13）分光对拉曼散射光和瑞利光进行分离；

3）瑞利光被二向色分光系统（13）反射进入共焦探测系统（14），利用共焦探测系统（14）中的第一探测器（17），测得反映样品凹凸变化的强度响度相应I（ν,u），即可进行三维尺度层析成像测试，其中，v为横向归一化光学坐标，u为轴向归一化光学坐标；

4）拉曼散射光经二向色分光系统（13）透射进入拉曼光谱探测系统（18），利用拉曼光谱探测系统（18）测得载有被测样品光谱特性的拉曼散射信号I（λ），即可进行光谱测试，其中λ为波长；

5）将I（λ）、I（ν,u）传送到数据处理模块（30）进行数据处理，从而获得包含被测样品（11）位置信息I（ν,u）和光谱信息I（λ）的三维测量信息I（ν,u,λ）；

6）使被测样品（11）沿x、y方向扫描，物镜（10）沿z方向扫描，重复上述步骤测得对应物镜焦点位置附近的一组i个包含位置信息I（ν,u）和光谱信息I（λ）的序列测量信息{I_i（λ），I_i（ν,u）}；

7）利用可分辨区域δ_i对应的位置信息I_i（ν,u），找出对应δ_i区域的光谱信息I_i（λ）值，再依据v与横向位置坐标（x,y）的关系以及u与轴向位置坐标z的关系，重构反映被测物微区δ_i三维尺度和光谱特性的信息I_i（x_i,y_i,z_i,λ_i），即实现了微区δ_min的光谱探测和三维几何位置探测；

8）对应最小可分辨区域δ_min的三维尺度和光谱特性由下式确定：

$I_{{\mathrm{\σ}}_{\min }}(x,y,z,\mathrm{\λ})=I_i(x,y,z,\mathrm{\λ}){|}_{I_i(v,u)=\left(I_i(v,u)\right)\max }$

即实现了高空间分辨共焦拉曼光谱探测。

2.根据权利1所述的高空间分辨共焦拉曼光谱探测方法，其特征在于：共焦曲线（34）最大值M处对应物镜（10）焦点O，此处聚焦光斑尺寸最小，探测的区域最小，共焦曲线（34）其他位置对应物镜（10）的离焦区域，在焦前或焦后BB'区域内的聚焦光斑尺寸随离焦量增大而增大，利用此特点，通过调整样品的z向离焦量，并根据实际测量精度需求来控制聚焦光斑的尺寸，可实现对样品探测区域大小可控。

3.根据权利1所述的高空间分辨共焦拉曼光谱探测方法，其特征在于：激发光束可以是偏振光束：线偏光、圆偏光、径向偏振光等；还可以是由光瞳滤波技术生成的结构光束，其与偏振调制技术联用可以压缩测量聚焦光斑尺寸，提高系统横向分辨力。

4.一种高空间分辨共焦拉曼光谱探测装置，其特征在于：包括激发光束产生系统（1）、第一分光系统（8）、物镜（10）、三维扫描工作台（12）、二向色分光系统（13）、拉曼光谱探测系统（18）、共焦探测系统（14）及数据处理模块（30）；其中，第一分光系统（8）、物镜（10）、三维扫描工作台（12）沿光路依次放置在激发光束产生系统（1）出射方向，二向色分光系统（13）位于第一分光系统（8）的反射方向，拉曼光谱探测系统（18）位于二向色分光系统（13）的透射方向，共焦探测系统（14）位于二向色分光系统（13）的反射方向，数据处理模块（30）与拉曼光谱探测系统（18）和共焦探测系统（14）连接，用于融合并处理拉曼光谱探测系统（18）与共焦探测系统（14）采集到的数据。

5.根据权利4所述的高空间分辨共焦拉曼光谱探测装置，其特征在于：拉曼光谱探测系统（18）可以是普通拉曼光谱探测系统，包括沿光路依次放置的第七聚光镜（41）、位于第七聚光镜（41）焦点位置的第二光谱仪（42）及位于第二光谱仪（42）后的第四探测器（43），用于被测样品的表层光谱探测；还可以是共焦拉曼光谱探测系统，包括沿光路依次放置的第四聚光镜（19）、位于第四聚光镜（19）焦点位置的第三针孔（20）、位于第三针孔（20）后的第五聚光镜（21）、位于第五聚光镜（21）焦点位置的第一光谱仪（22）及位于第一光谱仪（22）后的第二探测器（29），用于提高系统信噪比和空间分辨力，以及对被测样品的层析光谱探测。

6.根据权利4所述的高空间分辨共焦拉曼光谱探测装置，其特征在于：激发光束产生系统（1）还可以包括偏振调制器（6）及光瞳滤波器（7），用于产生偏振光及结构光束。

7.根据权利6所述的高空间分辨共焦拉曼光谱探测装置，其特征在于：用于压缩激发光斑的光瞳滤波器（7）可以位于偏振调制器（6）与第一分光系统（8）之间，还可以位于第一分光系统（8）与物镜（10）之间。

8.根据权利4所述的高空间分辨共焦拉曼光谱探测装置，其特征在于：激发光束产生系统（1）还可以放在第一分光系统（8）的反射方向，二向色分光系统（13）沿光路依次放在第一分光系统（8）的透射方向，拉曼光谱探测系统（18）位于二向色分光系统（13）的透射方向，共焦探测系统（14）位于二向色分光系统（13）的反射方向，数据处理模块（30）连接共焦探测系统（14）与拉曼光谱探测系统（18）。

9.根据权利4所述的高空间分辨共焦拉曼光谱探测装置，其特征在于：还可以包括第二分光系统（35）及位于第二分光系统（35）反射方向的显微观察系统（36），用于被测样品粗瞄；其中，第二分光系统（35）可以位于激发光束产生系统（1）与第一分光系统（8）之间，还可以位于第一分光系统（8）与物镜（10）之间。

10.根据权利4所述的高空间分辨共焦拉曼光谱探测装置，其特征在于：数据处理模块（30）包括用于处理位置信息的共焦数据模块（31）和用于融合位置信息和光谱信息的数据融合模块（32）。

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