[發明專利]激光雙軸共焦布里淵-拉曼光譜測量方法與裝置

有效

• 申請號: 201410086332.6
• 申請日: 2014-03-10
• 公開（公告）號: CN103940799A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 王允;趙維謙;邱麗榮
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G01J3/44
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種激光雙軸共焦布里淵-拉曼光譜測量方法，其特征在于：

1)采用雙軸共焦顯微的方式對被測樣品(3)進行掃描，照明物鏡(2)與采集物鏡(7)對稱分布在測量面法線(5)兩側，并且照明光軸(4)與測量面法線(5)的夾角為θ₁(6)，采集光軸(20)與測量面法線(5)的夾角為θ₂(31)，其中θ₁=θ₂；

2)激發光經由照明物鏡(2)聚焦到被測樣品(3)上，激發出瑞利光和載有被測樣品光譜特性的拉曼散射光和布里淵散射光，并被采集物鏡(7)會聚到二向色分光系統(8)，光束經二向色分光系統(8)分光后，拉曼散射光被分離，拉曼散射光透射進入拉曼光譜探測系統(19)，瑞利光和布里淵散射光被反射至分光鏡(38)，分光鏡(38)的反射光進入布里淵光譜探測系統(39)，透射光進入差動探測系統(15)，數據處理系統(21)將獲得的瑞利光信號擬合為共焦曲線(14)，利用共焦曲線極值點與焦點位置精確對應的特性，通過極值觸發來精確捕獲激發光斑焦點位置的光譜信息，實現高空間分辨的光譜探測；

3)單獨處理獲取的瑞利光的信號時，獲得高空間分辨的三維尺度層析圖像；單獨處理獲取拉曼散射光的信號時，獲得光譜圖像，得到樣品的材質信息；單獨處理獲取布里淵散射光的信號時，獲得光譜圖像，得到樣品的應力、溫度等信息；同時處理獲取的瑞利光、拉曼散射光和布里淵散射光的信號時，獲得高空間分辨的微區圖譜層析成像，即被測樣品幾何位置信息和光譜信息的“圖譜合一”；

4)依據共焦曲線極值點與焦點位置精確對應的特性，測量過程中可以實時對被測樣品進行精確跟蹤定焦，保證被測樣品在整個測量過程中始終處于焦點位置，抑制環境溫度和振動等因素對光譜測量的影響，從而提高測量精度。

2.根據權利要求1所述的激光雙軸共焦布里淵-拉曼光譜測量方法，其特征在于：共焦探測系統(15)中，數據處理系統(21)從圖像采集系統(11)上獲取焦斑圖案(16)后，計算出此時焦斑圖案(16)的中心，以此中心作為坐標原點，建立探測器像面上的坐標系(x_d′,y_d′)，在原點處設置一個圓形針孔即共焦虛擬針孔(12)對焦斑圖像進行探測，當被測樣品(3)進行掃描時，數據處理系統計算出共焦虛擬針孔范圍內像素灰度總和，得到強度響應。

3.根據權利要求1所述的激光雙軸共焦布里淵-拉曼光譜測量方法，其特征在于：為壓縮測量聚焦光斑尺寸，提高系統的橫向分辨力，激發光束可以是線偏光、圓偏光等偏振光束；還可以是由光瞳濾波技術生成的結構光束。

4.根據權利要求1所述的激光雙軸共焦布里淵-拉曼光譜測量方法，其特征在于：該系統還可以探測熒光、康普頓散射光等散射光譜。

5.一種激光雙軸共焦布里淵-拉曼光譜測量裝置，包括光源(1)，照明物鏡(2)，采集物鏡(7)和三維掃描工作臺(26)，其特征在于：還包括準直擴束鏡(25)，二向色分光裝置(8)，共焦探測裝置(15)和拉曼光譜探測裝置(19)；其中，照明物鏡(2)和采集物鏡(7)對稱地布局在測量面法線(5)兩側，照明光軸(4)與測量面法線(5)的夾角為θ₁(6)，采集光軸(20)與測量面法線(5)的夾角為θ₂(31)，其中θ₁=θ₂，準直擴束鏡(25)和照明物鏡(2)依次放在光源(1)的出射光線方向，采集物鏡(7)和二向色分光裝置(8)依次放在被測樣品(3)的反射光線方向，拉曼光譜探測裝置(19)放在二向色分光裝置(8)透射方向，分光鏡(32)和共焦探測裝置(15)放置在二向色分光裝置(8)的反射方向，布里淵光譜探測裝置(33)放置在分光鏡(32)的反射方向。

6.根據權利要求5所述的激光雙軸共焦布里淵-拉曼光譜測量裝置，其特征在于：還包括在準直擴束鏡(25)和照明物鏡(2)之間加入照明端光瞳濾波器(28)，或者在分光鏡(32)和共焦探測裝置(15)之間加入采集端光瞳濾波器(30)，或者在準直擴束鏡(25)和照明物鏡(2)之間以及分光鏡(32)和共焦探測裝置(15)之間同時加入照明端光瞳濾波器(28)和采集端光瞳濾波器(30)。