CN113866152B - 激光差动相关共焦拉曼光谱测试方法及装置 - Google Patents
激光差动相关共焦拉曼光谱测试方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113866152B CN113866152B CN202111132973.7A CN202111132973A CN113866152B CN 113866152 B CN113866152 B CN 113866152B CN 202111132973 A CN202111132973 A CN 202111132973A CN 113866152 B CN113866152 B CN 113866152B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- raman spectrum
- confocal
- light
- raman
- detection system
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 title claims abstract description 115
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 title claims abstract description 21
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 97
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 claims abstract description 62
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 27
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 12
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 claims description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 7
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 7
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims description 6
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 claims description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims description 3
- 238000003325 tomography Methods 0.000 claims description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 40
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 8
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 6
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000001541 differential confocal microscopy Methods 0.000 description 3
- 238000000794 confocal Raman spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004624 confocal microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 1
- 238000011840 criminal investigation Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003068 molecular probe Substances 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/65—Raman scattering
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
- G01N21/4738—Diffuse reflection, e.g. also for testing fluids, fibrous materials
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
- G01N21/4738—Diffuse reflection, e.g. also for testing fluids, fibrous materials
- G01N21/474—Details of optical heads therefor, e.g. using optical fibres
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
本发明公开的激光差动相关共焦拉曼光谱测试方法及装置，属于显微光谱成像技术领域。本发明利用反射光构建差动共焦显微成像系统，实现样品焦点的高精度追踪和几何形貌的高空间分辨探测；利用拉曼散射光构建共焦拉曼光谱成像系统，测量过程中通过移动拉曼针孔，获取拉曼收集透镜焦点前后等量离焦位置处的两个拉曼光谱信号，并对两个拉曼信号进行相关积处理得到被测位置的相关拉曼光谱信息，压缩共焦拉曼系统点扩散函数，实现高空间分辨拉曼光谱成像；结合上述两点进而实现具有高空间分辨的“图谱合一”成像。本发明具有实时焦点高精度追踪、高空间分辨以及高信噪比等优点，可广泛应用于生物医学、物理化学、材料科学等领域中。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光差动相关共焦拉曼光谱测试方法及装置，属于显微光谱成像技术领域。
背景技术
激光共焦拉曼光谱技术通过入射激光与光学声子之间发生能量交换，使散射光的频率发生变化，实现对样品微区的组成成分、浓度、应力、应变、温度等参数的非接触测量，激光共焦拉曼光谱技术亦被称为分子探针技术。该技术具有共焦显微技术的高空间分辨层析能力，通过对被测样品进行层析扫描，获取样品不同深度的拉曼光谱信息，进而在非接触的方式下对样品微区进行高空间分辨测量。激光共焦拉曼光谱技术作为一种极其重要的样品成分测量与分析的技术手段，广泛应用于生物医学、物理化学、材料科学、环境检测、食品安全、药物检测、刑侦等领域。
传统的共焦拉曼光谱系统的探测原理如图1所示，光源系统出射激光经过滤光片和测量物镜后，聚焦在样品表面，激发出载有样品微区光谱特性的拉曼散射光；拉曼散射光通过测量物镜收集，经滤光片过滤后，由会聚镜将拉曼散射光会聚到拉曼共焦针孔处，利用光谱探测系统测得载有样品微区特性参数信息的拉曼光谱；通过扫描位移系统移动被测样品，实现样品各位置的光谱信息探测。
由于自发拉曼散射光十分微弱，传统共聚焦拉曼光谱系统为提高系统的信噪比，通常采用较大尺寸的针孔(数百微米)。共聚焦拉曼光谱系统采用共焦焦点位置进行轴向定位，针孔的尺寸过大会导致轴向定焦能力降低，进而降低系统的空间分辨力。而且传统的共焦拉曼光谱系统只能进行光谱探测，无法获取更多的样品信息，测量方式单一，限制了其应用领域。
此外，传统的共焦拉曼光谱系统只利用了微弱的拉曼散射光，而遗弃了来自样品反射光，直接利用拉曼散射光进行轴向定焦以及光谱成像，存在测量时间长、系统灵敏度低、抗漂移能力低等缺点。
为克服传统的共焦拉曼系统的上述不足，北京理工大学赵维谦等人曾提出了一种具有微区光谱探测能力的激光差动共焦拉曼光谱测试方法，通过差动共焦曲线的“过零点”对被测样品进行实时定焦追踪，通过共焦拉曼信号收集探测系统获取样品被测点的拉曼光谱信号，激光差动共焦拉曼光谱测试技术在专利CN 200810115601.1(发明人：赵维谦等)中，以题为“差动共焦拉曼光谱测试方法”已公开，其原理如图2所示，该方法旨在利用激光差动共焦显微成像装置的“过零点”与其焦点对应这一特性，实现对样品微区几何位置及光谱信息的高空间分辨探测，并同时达到分辨力与测量范围的有效兼顾。但是该测试方法并未从原理上改变共焦拉曼光谱探测系统的点扩散函数，因此，其理论光谱空间分辨力并未得到提高。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明公开的一种激光差动相关共焦拉曼光谱测试方法及装置目的是：提供具有高定焦精度、高空间光谱分辨和高信噪比的激光差动相关共焦拉曼光谱测试方法及装置，实现具有高空间分辨的“图谱合一”成像。本发明可广泛应用于生物医学、物理化学、材料科学、精密检测等领域中，具有极其重要的应用前景。
激光差动共焦拉曼光谱探测技术在前期的授权专利ZL 200810115601.1(发明人：赵维谦等)中，以题为“差动共焦拉曼光谱探测方法”已公开，本发明中该已有技术不在详述。
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明通过反射光构建差动共焦显微成像系统，实现样品焦点的高精度追踪和几何形貌的高空间分辨探测；利用拉曼散射光构建共焦拉曼光谱成像系统，测量过程中通过移动拉曼针孔，获取拉曼收集透镜焦点前后等量离焦位置处的两个拉曼光谱信号，并对两个拉曼信号进行相关积处理得到被测位置的相关拉曼光谱信息，压缩共焦拉曼系统点扩散函数，实现高空间分辨拉曼光谱成像，改善共焦拉曼光谱仪器的微区光谱探测能力。
当只对接收反射光的激光差动共焦探测系统获取的激光光斑进行探测时，能够进行高空间分辨三维层析探测。
当只对接收拉曼散射光的相关共焦拉曼光谱探测系统获取的拉曼光谱信号进行处理时，能够对被测样品进行高空间分辨光谱探测。
当同时对接收反射光的激光差动共焦探测系统获取的光强信号与接收拉曼散射光的相关共焦拉曼光谱探测系统获取的光谱信号进行处理时，能够进行高空间分辨微区图谱层析成像，实现对被测样品进行“图谱合一”的激光相关共焦拉曼光谱成像。
本发明公开的激光差动相关共焦拉曼光谱测试方法，包括以下步骤：
步骤一、光源系统出射的激发光束经过通过分光镜与滤光片后，由测量物镜会聚到被测样品上，激发出载有样品微区特性参数信息的拉曼散射光和反射光。
步骤二、拉曼散射光与反射光经过测量物镜收集，被滤光片分为两束，其中一束经过滤光片反射的反射光到达差动共焦探测系统，另一束透过滤光片进入拉曼光谱探测系统。
步骤三、差动共焦探测系统中第二分光镜将反射光分为两束，其中一束经第二分光镜反射后，由第三会聚镜聚焦，进入第三会聚镜焦点前距离为M位置的针孔，后被探测器接收；另一束透过第二分光镜后，由第四会聚镜聚焦，进入第四会聚镜焦点后距离为M位置的针孔，后被探测器接收。当工作台带动样品进行轴向(轴向归一化光学坐标设为u)扫描时，探测器得到的前焦轴向光强响应曲线为I1(v,u,+uM)，探测器得到的后焦轴向光强响应曲线为I2(v,u,-uM)。将I1和I2作差得到差动轴向光强响应曲线I(v,u,±uM)，通过差动轴向光强响应曲线对样品实现高精度定焦。
步骤四、完成定焦后将测量物镜焦点移动至样品被测位置处激发拉曼散射光，拉曼散射光透过滤光片后，经第一会聚镜聚焦，进入拉曼光谱收集针孔后，由第二会聚镜聚焦后被拉曼光谱探测器接收，通过移动拉曼光谱收集针孔在第一会聚镜焦点前后等量离焦±uRM处拉曼散射光IRA(v,u,+uRM)、IRB(v,u,-uRM)，并对两个拉曼信号进行相关积处理得到被位置的相关拉曼光谱信息IRA×IRB，压缩共焦拉曼系统点扩散函数，实现高空间分辨拉曼光谱成像。
步骤五、融合差动共焦探测光路获取的高精度几何形貌和相关共焦拉曼光路获取的高空间分辨拉曼光谱信息I(x,y,z,λr)，进而实现高空间分辨的“图谱合一”成像。
当只对接收反射光的差动共焦探测系统获取的激光光斑进行处理时，能够对被测样品进行高空间分辨三维层析探测。
当只对接收拉曼散射光的拉曼光谱探测系统获取的拉曼光谱信号进行处理时，能够对被测样品进行光谱探测。
当同时对接收反射光的差动共焦探测系统获取的光强信号与接收拉曼散射光的拉曼光谱探测系统获取的光谱信号进行处理时，能够进行高空间分辨微区图谱层析成像，进而对被测样品进行“图谱合一”的激光差动相关共焦拉曼光谱高空间分辨成像与探测。
作为优选，激发光束包括偏振光束和结构光束，由此提高系统光谱信号信噪比和系统横向分辨率。所述偏振光束包括线偏光、圆偏光、径向偏振光。所述结构光束包括由光瞳滤波技术生成的结构光束。
在本发明方法中，仅通过计算机系统软件处理即能够实现对不同NA的测量物镜的匹配，无需对系统进行任何硬件装调。
本发明公开的激光差动相关共焦拉曼光谱测试装置，包括产生激发光束的光源系统、分离拉曼散射光的滤光片、测量物镜、三维扫描系统、相关共焦拉曼光谱探测系统、激光差动共焦测量系统、计算机处理系统。
所述激光差动共焦探测系统包括前焦探测系统和后焦探测系统。
所述前焦探测系统包括第三会聚镜、前焦探测针孔、前焦光电探测器。
所述后焦探测系统包括第四会聚镜、后焦探测针孔、后焦光电探测器。
所述相关共焦拉曼光谱探测系统包括第一会聚镜、拉曼光谱收集针孔、第二会聚镜、拉曼光谱探测器。
滤光片放置在测量物镜前，相关共焦拉曼光谱探测系统放置在滤光片的透射方向上，激光差动共焦测量系统放置在第一分光片的反射方向上，计算机处理系统用于对三维扫描系统、相关共焦拉曼光谱探测系统以及激光差动共焦测量系统进行数据处理以及协调控制。
作为优选，激光差动相关共焦拉曼光谱测试装置还包括径向偏振转换系统和光瞳滤波器；径向偏振转换系统置于光源系统和第一分光镜之间；所述光瞳滤波器置于第一分光镜和滤光片之间。
作为优选，激光差动相关共焦拉曼光谱测试装置还包括光束整形系统；所述光束整形系统置于光源系统和第一分光镜之间；所述光束整形系统由第五会聚镜、空间光；滤波针孔和第六会聚镜组成。
作为优选，光电探测器能够被CCD探测器和传导光纤替换。
在本发明装置中，光强采集系统能够采用针孔与光强点探测器结合的方法，实现对艾里斑的探测。
在本发明装置中，光强采集系统能够采用CCD探测器，通过在CCD探测面设置探测区域的位置及大小，实现对艾里斑的探测。
在本发明装置中，光强采集系统能够采用传导光纤，通过在差动探测系统会聚镜的焦面前后，在光轴上放置传导光纤，实现对艾里斑的探测。
有益效果：
1、本发明公开的一种激光差动相关共焦拉曼光谱测试方法及装置，通过融合高轴向分辨激光差动共焦显微技术和拉曼光谱探测技术，通过高轴向分辨激光差动共焦轴向响应曲线的“过零点”与高精度测量物镜的焦点精确对应这一特性，对被测样品实现精确定焦，同时获取样品的几何位置与拉曼光谱信号，大幅提高现有共焦拉曼光谱探测系统的微区光谱探测能力。
2、本发明公开的一种激光差动相关共焦拉曼光谱测试方法及装置，通过在拉曼收集光路中移动拉曼针孔，在传统共焦拉曼系统的基础上实现相关共焦拉曼光谱成像，进一步提高激光差动共焦拉曼光谱技术的空间分辨力。
3、本发明公开的一种激光差动相关共焦拉曼光谱测试方法及装置，将高轴向分辨激光差动共焦显微系统和相关共焦拉曼光谱探测系统在结构上和功能上结合，能够实现样品微区激光差动共焦显微探测、激光相关共焦拉曼光谱探测、激光差动相关共焦拉曼光谱探测多种模式切换。
附图说明
图1为传统共焦拉曼光谱成像方法示意图；
图2为已有的差动共焦拉曼光谱测试方法示意图；
图3为本发明所述的激光差动相关共焦拉曼光谱测试方法示意图；
图4为结合光瞳滤波器和径向偏振光的激光差动相关共焦拉曼光谱测试方法示意图；
图5为结合光束调制系统的激光差动相关共焦拉曼光谱测试方法示意图；
图6为采用CCD探测器的激光差动相关共焦拉曼光谱测试装置示意图；
图7为采用光纤的激光差动相关共焦拉曼光谱测试装置示意图；
图8为高空间分辨激光差动相关共焦拉曼光谱测试方法与装置示意图；
其中，1-光源系统、2-第一分光镜、3-滤光片、4-测量物镜、5-被测样品、6-工作台、7-拉曼光谱探测系统、8-拉曼光谱收集系统、9-第一会聚镜、10-拉曼光谱收集针孔、11-第二会聚镜、12-光谱探测器、13-差动共焦探测系统、14-第二分光镜、15-前焦探测系统、16-第三会聚镜、17-前焦探测针孔、18-前焦光电探测器、19-后焦探测系统、20-第四会聚镜、21-后焦针孔、22-后焦光电探测器、23-前焦轴向光强响应曲线、24-后焦轴向光强响应曲线、25-差动轴向光强响应曲线、26-径向偏振转换系统、27-光瞳滤波器、28-激光整形系统、29-第五会聚镜、30-空间光滤波针孔、31-第六会聚透镜、32-前焦CCD探测器、33-后焦CCD探测器、34-前焦传导光纤、35-后焦传导光纤、36-计算机处理系统。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
如图3所示，本实施例公开的激光差动相关共焦拉曼光谱测试装置，光源系统1出射的激发光束经过第一分光镜2与滤光片3后，由测量物镜4会聚到被测样品5上，激发出载有样品微区特性参数信息的拉曼散射光和反射光。拉曼散射光、反射光经过测量物镜4收集，被滤光片3分为两束，其中一束经过滤光片3反射的反射光到达差动共焦探测系统13，另一束透过滤光片3进入相关共焦拉曼光谱收集系统7。
到达差动共焦探测系统13的散射光和反射光，经第二分光镜14分为2束，其中一束经分光镜11反射后，由第三会聚镜16聚焦，进入第三会聚镜16焦点前距离为M位置的针孔17，后被探测器18接收；另一束透过第二分光镜14后，由第四会聚镜20聚焦，进入第四会聚镜20焦点后距离为M位置的针孔21，后被探测器22接收。当工作台6带动样品5进行轴向(轴向归一化光学坐标设为u)扫描时，探测器18得到的前焦轴向光强响应曲线23与探测器22得到的后焦轴向光强响应曲线24作差得到差动轴向光强响应曲线25，通过差动轴向光强响应曲线25对样品实现高精度定焦，并对焦点所在位置采集拉曼散射光。
拉曼散射光透过滤光片3后，经第一会聚镜9聚焦，进入拉曼光谱收集针孔10后，由第二会聚镜11聚焦后被光谱探测器12接收，通过移动针孔10在第一会聚镜9焦点前后等量离焦位置A、B处两次收集拉曼散射光，并对两个拉曼信号进行相关积处理得到被测位置的相关拉曼光谱信息，压缩共焦拉曼系统点扩散函数，实现高空间分辨拉曼光谱成像。融合差动共焦探测光路获取的高精度几何形貌和相关共焦拉曼光路获取的高空间分辨拉曼光谱信息，进而实现高空间分辨的“图谱合一”成像。
通过添加径向偏振转换系统26与光瞳滤波器27，来进一步提高光谱探测的空间分辨力，即构成添加光瞳滤波器的激光差动相关共焦拉曼光谱测试方法，如图4所示。
通过在光源系统1与第一分光镜2之间添加光束调制系统28，进而构成具有光束调制系统的激光差动相关共焦拉曼光谱测试装置。如图5所示，光束调制系统28包括沿光路依次放置的第五会聚镜29、空间光滤波针孔30、第六会聚透镜31。
差动共焦探测系统中针孔17、21和光电探测器18、22构成的点探测器采用CCD探测器32、33替代，通过改变探测焦面上所设置的微小区域的参数以匹配不同的样品的反射率，实现对艾里斑的探测，从而扩展其应用领域，如图6所示。
差动共焦探测系统中针孔17和光电探测器18构成的点探测器采用传导光纤34替代，通过在第三会聚镜16的焦前M处和第四会聚镜20的焦后M处，在光轴上放置两根传导光纤34、35，实现对艾里斑的探测，如图7所示。
实施例2
在本实施例中，光源系统1采用532nm连续激光器，滤光片3采用Notch Filter，光谱探测器12采用拉曼光谱仪。
如图8所示，激光差动相关共焦拉曼光谱测试方法为：
首先，由激光器构成的光源系统1出射的激光经过第五会聚镜29会聚进入空间光滤波针孔30后，经过第六会聚镜31准直扩束形成平行的激发光束。激发光束经过径向偏振转换系统26、第一分光镜2以及光瞳滤波器27后，被Notch Filter3反射进入测量物镜4，并会聚在被测样品5上，激发出载有被测样品5微区特性参数的拉曼散射光、反射光。
然后通过计算机36控制三维扫描系统6移动被测样品5，使被测样品5上各位置的拉曼散射光和反射光被测量物镜4收集，经过Notch Filter 3分为两束，其中一束经过Notch Filter 3反射的反射光到达差动共焦探测系统13，另一束透过Notch Filter 3进入相关共焦拉曼光谱收集系统7。
到达差动共焦探测系统13的反射光，经第二分光镜14分为两束，其中一束经分光镜11反射后，由第三会聚镜16聚焦，进入第三会聚镜16焦点前距离为M位置的针孔17，后被探测器18接收；另一束透过第二分光镜14后，由第四会聚镜20聚焦，进入第四会聚镜20焦点后距离为M位置的针孔21，后被探测器22接收。当工作台6带动样品5进行轴向(轴向归一化光学坐标设为u)扫描时，探测器18得到的前焦轴向光强响应曲线23为I1(v,u,+uM)，探测器22得到的后焦轴向光强响应曲线24为I2(v,u,-uM)。将I1和I2作差得到差动轴向光强响应曲线25为I(v,u,±uM)，通过差动轴向光强响应曲线25可以对样品实现高精度定焦，然后对焦点所在位置采集拉曼散射光。
拉曼散射光透过滤光片3后，经第一会聚镜9聚焦，进入拉曼光谱收集针孔10，后由第二会聚镜11聚焦后被光谱探测器12接收，通过移动针孔10在第一会聚镜9焦点前后等量离焦±uRM处获取拉曼光谱信号IRA(v,u,+uRM)、IRB(v,u,-uRM)，并对两个拉曼信号进行相关积处理得到被位置的相关拉曼光谱信息IRA×IRB，压缩共焦拉曼系统点扩散函数，实现高空间分辨拉曼光谱成像。融合差动共焦探测光路获取的高精度几何形貌和相关共焦拉曼光路获取的高空间分辨拉曼光谱信息I(x,y,z,λr)，进而实现高空间分辨的“图谱合一”成像。
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 (6)
1.激光差动相关共焦拉曼光谱测试方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤一、光源系统(1)出射的激发光束经过通过第一分光镜(2)与滤光片(3)后，由测量物镜(4)会聚到被测样品(5)上，激发出载有样品微区特性参数信息的拉曼散射光和反射光；
步骤二、拉曼散射光与反射光经过测量物镜(4)收集，被滤光片(3)分为两束，其中一束经过滤光片(3)反射的反射光到达差动共焦探测系统(13)，另一束透过滤光片(3)进入拉曼光谱探测系统(7)；
步骤三、差动共焦探测系统(13)中第二分光镜(14)将反射光分为两束，其中一束经第二分光镜(14)反射后，由第三会聚镜(16)聚焦，进入第三会聚镜(16)焦点前距离为M位置的针孔(17)，后被探测器(18)接收；另一束透过第二分光镜(14)后，由第四会聚镜(20)聚焦，进入第四会聚镜(20)焦点后距离为M位置的针孔(21)，后被探测器(22)接收；当工作台(6)带动样品(5)进行轴向扫描时，探测器(18)得到的前焦轴向光强响应曲线(23)为I1(v,u,+uM)，探测器(22)得到的后焦轴向光强响应曲线(24)为I2(v,u,-uM)；将I1和I2作差得到差动轴向光强响应曲线(25)I(v,u,±uM)，通过差动轴向光强响应曲线(25)对样品实现高精度定焦和几何形貌的高分辨探测；
步骤四、完成定焦后将测量物镜焦点移动至样品被测位置处激发拉曼散射光，拉曼散射光透过滤光片(3)后，经第一会聚镜(9)聚焦，进入拉曼光谱收集针孔(10)后，由第二会聚镜(11)聚焦后被拉曼光谱探测器(12)接收，通过移动针孔(10)在第一会聚镜(9)焦点前后等量离焦±uRM处采集拉曼光谱信号IRA(v,u,+uRM)、IRB(v,u,-uRM)，并对两个拉曼信号进行相关积处理得到被位置的相关拉曼光谱信息IRA×IRB，压缩共焦拉曼系统点扩散函数，实现高空间分辨拉曼光谱成像；
步骤五、融合差动共焦探测光路获取的高精度几何形貌和相关共焦拉曼光路获取的高空间分辨拉曼光谱信息I(x,y,z,λr)，进而实现高空间分辨的“图谱合一”成像；
当只对接收反射光的差动共焦探测系统(13)获取的差动共焦轴向光强响应曲线进行处理时，能够对被测样品(5)进行高空间分辨三维层析探测；
当只对接收拉曼散射光的拉曼光谱探测系统(7)获取的拉曼光谱信号进行处理时，能够对被测样品(5)进行光谱探测；
当同时对接收反射光的差动共焦探测系统(13)获取的光强信号与接收拉曼散射光的拉曼光谱探测系统(7)获取的光谱信号进行处理时，能够进行高空间分辨微区图谱层析成像，进而对被测样品(5)进行“图谱合一”的激光差动相关共焦拉曼光谱高空间分辨成像与探测。
2.根据权利1所述的激光差动相关共焦拉曼光谱测试方法，其特征在于：激发光束包括偏振光束和结构光束，由此提高系统光谱信号信噪比和系统横向分辨率；所述偏振光束包括线偏光、圆偏光、径向偏振光；所述结构光束包括由光瞳滤波技术生成的结构光束。
3.激光差动相关共焦拉曼光谱测试装置，其特征在于：包括产生激发光束的光源系统(1)、第一分光镜(2)、滤光片(3)、测量物镜(4)、被测样品(5)、工作台(6)、激光差动共焦探测系统(13)、拉曼光谱探测系统(7)和计算机处理系统(36)；
所述激光差动共焦探测系统(13)包括前焦探测系统(15)和后焦探测系统(19)；
所述前焦探测系统(15)包括第三会聚镜(16)、前焦探测针孔(17)、前焦光电探测器(18)；
所述后焦探测系统(19)包括第四会聚镜(20)、后焦探测针孔(21)、后焦光电探测器(22)；
所述拉曼光谱探测系统(7)包括第一会聚镜(9)、拉曼光谱收集针孔(10)、第二会聚镜(11)、拉曼光谱探测器(12)；滤光片(3)放置在测量物镜(4)前，相关共焦拉曼光谱探测系统(7)放置在滤光片(3)的透射方向上，激光差动共焦探测系统(13)放置在第一分光片(2)的反射方向上，计算机处理系统(36)用于对三维扫描系统、相关共焦拉曼光谱探测系统(7)和激光差动共焦测量系统(13)进行数据处理以及协调控制。
4.根据权利3所述的激光差动相关共焦拉曼光谱测试装置，其特征在于：还包括径向偏振转换系统(26)和光瞳滤波器(27)；径向偏振转换系统(26)置于光源系统(1)和第一分光镜(2)之间；所述光瞳滤波器(27)置于第一分光镜(2)和滤光片(3)之间。
5.根据权利3所述的激光差动相关共焦拉曼光谱测试装置，其特征在于：还包括光束整形系统(38)；所述光束整形系统(28)置于光源系统(1)和第一分光镜(2)之间；所述光束整形系统(28)由第五会聚镜(29)、空间光；滤波针孔(30)以及第六会聚镜(31)组成。
6.根据权利3、4或5所述的激光差动相关共焦拉曼光谱测试装置，其特征在于：光电探测器(18)、(22)能够被CCD探测器(32)、(33)和传导光纤(34)、(35)替换。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111132973.7A CN113866152B (zh) | 2021-09-27 | 2021-09-27 | 激光差动相关共焦拉曼光谱测试方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111132973.7A CN113866152B (zh) | 2021-09-27 | 2021-09-27 | 激光差动相关共焦拉曼光谱测试方法及装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113866152A CN113866152A (zh) | 2021-12-31 |
| CN113866152B true CN113866152B (zh) | 2023-11-10 |
Family
ID=78991064
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111132973.7A Active CN113866152B (zh) | 2021-09-27 | 2021-09-27 | 激光差动相关共焦拉曼光谱测试方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113866152B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103439254A (zh) * | 2013-09-06 | 2013-12-11 | 北京理工大学 | 一种分光瞳激光共焦拉曼光谱测试方法与装置 |
| CN109187723A (zh) * | 2018-11-13 | 2019-01-11 | 北京理工大学 | 后置分光瞳差动共焦拉曼光谱-质谱显微成像方法与装置 |
| CN109211875A (zh) * | 2018-11-13 | 2019-01-15 | 北京理工大学 | 后置分光瞳激光差动共焦布里渊-Raman光谱测试方法及装置 |
| CN110967330A (zh) * | 2018-09-30 | 2020-04-07 | 中国计量科学研究院 | 微区共焦拉曼光谱探测系统 |
| CN111307269A (zh) * | 2020-03-11 | 2020-06-19 | 北京理工大学 | 激光共焦/差动共焦拉曼光谱振动参数测量方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103091299B (zh) * | 2013-01-21 | 2015-01-21 | 北京理工大学 | 激光差动共焦图谱显微成像方法与装置 |
-
2021
- 2021-09-27 CN CN202111132973.7A patent/CN113866152B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103439254A (zh) * | 2013-09-06 | 2013-12-11 | 北京理工大学 | 一种分光瞳激光共焦拉曼光谱测试方法与装置 |
| CN110967330A (zh) * | 2018-09-30 | 2020-04-07 | 中国计量科学研究院 | 微区共焦拉曼光谱探测系统 |
| CN109187723A (zh) * | 2018-11-13 | 2019-01-11 | 北京理工大学 | 后置分光瞳差动共焦拉曼光谱-质谱显微成像方法与装置 |
| CN109211875A (zh) * | 2018-11-13 | 2019-01-15 | 北京理工大学 | 后置分光瞳激光差动共焦布里渊-Raman光谱测试方法及装置 |
| CN111307269A (zh) * | 2020-03-11 | 2020-06-19 | 北京理工大学 | 激光共焦/差动共焦拉曼光谱振动参数测量方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 基于差动共焦显微技术的微区拉曼光学系统构建与实验研究;姜静子;高思田;黄鹭;李琪;连笑怡;;计量学报(04);399-405 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113866152A (zh) | 2021-12-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103439254B (zh) | 一种分光瞳激光共焦拉曼光谱测试方法与装置 | |
| EP3118608B1 (en) | Method and apparatus for measuring light-splitting pupil laser differential motion confocal brillouin-raman spectrums | |
| CN101290293B (zh) | 差动共焦拉曼光谱测试方法 | |
| CN103411957B (zh) | 高空间分辨双轴共焦图谱显微成像方法与装置 | |
| CN103969239B (zh) | 一种分光瞳激光差动共焦拉曼光谱测试方法及装置 | |
| CN107192702B (zh) | 分光瞳激光共焦cars显微光谱测试方法及装置 | |
| CN105241849A (zh) | 分光瞳激光差动共焦libs、拉曼光谱-质谱显微成像方法与装置 | |
| CN105136750A (zh) | 激光差动共焦libs、拉曼光谱-质谱成像方法与装置 | |
| CN104698068B (zh) | 高空间分辨激光双轴差动共焦光谱‑质谱显微成像方法与装置 | |
| CN104677884B (zh) | 高空间分辨激光分光瞳差动共焦质谱显微成像方法与装置 | |
| WO2014110900A1 (zh) | 激光差动共焦图谱显微成像方法与装置 | |
| CN105067569A (zh) | 分光瞳激光共焦libs、拉曼光谱-质谱成像方法与装置 | |
| CN106442467B (zh) | 空间自调焦激光共焦成像拉曼光谱探测方法与装置 | |
| CN105136674A (zh) | 激光共焦libs、拉曼光谱-质谱成像方法与装置 | |
| CN109211875A (zh) | 后置分光瞳激光差动共焦布里渊-Raman光谱测试方法及装置 | |
| CN107167455A (zh) | 分光瞳激光差动共焦cars显微光谱测试方法及装置 | |
| CN105241850A (zh) | 双轴激光共焦libs、拉曼光谱-质谱成像方法与装置 | |
| CN109187438A (zh) | 后置分光瞳激光共焦布里渊-拉曼光谱测试方法及装置 | |
| CN113267252A (zh) | 一种凝视型共聚焦显微形貌光谱四维探测系统 | |
| CN104697967B (zh) | 高空间分辨激光双轴共焦光谱‑质谱显微成像方法与装置 | |
| CN105067570A (zh) | 双轴激光差动共焦libs、拉曼光谱-质谱成像方法与装置 | |
| CN106770154B (zh) | 空间自调焦激光差动共焦拉曼光谱探测方法与装置 | |
| CN109187491A (zh) | 后置分光瞳差动共焦拉曼、libs光谱显微成像方法与装置 | |
| CN113866152B (zh) | 激光差动相关共焦拉曼光谱测试方法及装置 | |
| CN109211874A (zh) | 后置分光瞳激光共焦拉曼光谱测试方法及装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |