[發明專利]差動共焦拉曼光譜測試方法

有效

• 申請號: 200810115601.1
• 申請日: 2008-06-25
• 公開（公告）號: CN101290293A
• 公開（公告）日: 2008-10-22
• 發明（設計）人: 趙維謙;邱麗榮;郭俊杰;周桃庚
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65
• 代理公司: 北京理工大學專利中心
• 代理人: 張利萍

技術領域

本發明屬于顯微光譜成像技術領域，涉及一種“圖譜合一”的高空間分辨光譜測試成像方法，其可用于各類樣品的微區光譜分辨測試等。

背景技術

激光共焦拉曼光譜技術通過入射激光引起分子(或晶格)產生振動而損失(或獲得)部分能量，使散射光頻率發生變化，通過對散射光進行分析，來探知分子的組分、結構及相對含量等，激光共焦拉曼光譜技術亦被稱之為分子探針技術。

激光共焦拉曼光譜測試技術作為一種極其重要的材料結構測量與分析的基本技術手段，廣泛應用于物理、化學、生物醫學、材料科學、環境科學、石油化工、地質、藥物、食品、刑偵和珠寶等領域，可進行未知物的無損傷鑒定和深度剖析光譜分析，同時，還可以進行樣品掃描和低溫分析、材料的光致發光研究等。目前，商用的激光共焦拉曼光譜測試儀器主要有英國RENISHAW等生產。

現有的共焦拉曼光譜測試儀的原理如圖1所示，激發光束透過偏振分光鏡(2)、四分之一波片(3)、聚焦物鏡(4)后，聚焦在被測樣品(7)上，激發出載有樣品光譜特性的拉曼散射光；移動被測樣品(7)，使對應被測樣品不同區域的拉曼散射光再次通過四分之一波片(3)并被偏振分光鏡(2)反射，利用位于針孔11后面的光譜檢測系統16測得載有被測樣品光譜信息的拉曼散射光譜。

共焦拉曼光譜系統的激發光斑位置無法保證處在物鏡焦點位置，實際激發光斑遠大于物鏡聚焦光焦斑，其結果制約了可探測區域的微小化，限制了共焦拉曼光譜儀器的微區光譜探測能力，使共焦拉曼光譜測試技術無法用于更精細的微區光譜特性測試與分析場合。

發明內容

本發明的目的是為克服上述已有技術的不足，提供一種具有很強微區光譜探測能力的差動共焦拉曼光譜測試方法，來實現樣品的精細微區光譜成像檢測，其結果為樣品微區三維尺度及光譜特性分析提供依據。該技術在生物醫學、生命科學、生物物理、生物化學、材料、工業精密檢測等技術領域具有極其重要的應用前景，是國際光譜測試領域亟待解決的難題。

差動共焦顯微技術在前期的授權專利ZL?2004100063596(發明人：趙維謙等)中，以題為“具有高空間分辨能力的差動共焦掃描檢測方法”已公開，本發明中該已有技術不再詳述。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的。

本發明是首先通過差動共焦技術精確捕捉激發光束聚焦焦點位置，然后探測對應該位置的拉曼光譜，改善共焦拉曼光譜儀器的微區光譜探測能力。

采用特定設計的光瞳濾波器，對差動共焦拉曼光譜儀器的光瞳函數進行掩膜修正，銳化愛里斑主瓣，進一步改善差動共焦拉曼光譜系統的微區光譜探測能力。

軸向分辨力的提高可通過差動共焦光路布置及差動探測來進行，這樣便可實現樣品微區三維尺度及光譜特性的高信噪比檢測。

實現本方法的裝置包括激光器(1)、偏振分光鏡(2)、1/4波片(3)、物鏡(4)、聚光鏡(8、10)、針孔(11、12)，探測器(13、14)、分光鏡(5、6)、被測樣品(7)、三維工作臺(9)、聚焦信號差動相減處理單元(15)、光譜檢測系統(16)、計算機處理系統(17)、光瞳濾波器(18)、濾光片(19)、擴束器(20)；所述的光瞳濾波器可以是位相型濾波器、振幅型濾波器和振幅位相混合型濾波器；其連接關系可根據本發明方法中的光路走向確定。

該方法的具體步驟如下：

1)使可激發出樣品拉曼光譜的激發光束透過偏振分光鏡(2)、四分之一波片(3)、聚焦物鏡(4)后，聚焦在被測樣品(7)上，并激發出載有樣品光譜特性的拉曼散射光；

2)移動被測樣品(7)，使激發光及對應被測樣品不同區域的拉曼散射光再次通過四分之一波片(3)并被偏振分光鏡(2)反射，利用兩分光鏡(5，6)分光將偏振分光鏡(2)反射的激發光和拉曼光譜分別進行分光；

3)利用差動共焦顯微系統的兩個探測器(13、14)，分別探測分光鏡(5)透射的光束，測得反映被測樣品凸凹變化的強度響應I_A(v，u，-u_M)和I_B(v，u，+u_M)，并將I_A(v，u，-u_M)和I_B(v，u，+u_M)差動相減，得差動共焦強度響應I(v，u)，其中，v為橫向歸一化光學坐標，u為軸向歸一化光學坐標，u_M為針孔軸向歸一化光學偏移量；

4)利用光譜檢測系統(16)檢測分光鏡(5)反射的光束，測得載有被測樣品光譜信息的拉曼散射光譜I(λ)，其中λ為波長；