[發(fā)明專利]激光共焦布里淵-拉曼光譜測(cè)量方法與裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410086345.3
• 申請(qǐng)日: 2014-03-10
• 公開（公告）號(hào): CN103940800A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙維謙;邱麗榮;盛忠;王允
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/65
• 分類號(hào): G01N21/65
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于顯微光譜成像技術(shù)領(lǐng)域，將共焦顯微技術(shù)與光譜探測(cè)技術(shù)相結(jié)合，涉及一種激光共焦布里淵-拉曼光譜測(cè)量方法與裝置，可用于樣品的微區(qū)形態(tài)性能參數(shù)綜合測(cè)試與高分辨成像。?

技術(shù)背景

激光共焦拉曼光譜測(cè)試技術(shù)是將顯微分析技術(shù)與拉曼光譜分析技術(shù)結(jié)合起來的新技術(shù)，它將入射激光通過顯微鏡聚焦到樣品上，從而可以在不受周圍物質(zhì)干擾的情況下，獲得所照樣品微區(qū)的分子結(jié)構(gòu)等，被稱為分子探針。它不僅可以觀測(cè)樣品同一層面內(nèi)不同微區(qū)的拉曼光譜信號(hào)，還能分別觀測(cè)樣品內(nèi)深度不同的各個(gè)層面的拉曼信號(hào)，對(duì)被測(cè)樣品進(jìn)行斷層掃描，從而在不損傷樣品的情況下達(dá)到進(jìn)行“光學(xué)切片”的效果。激光共焦拉曼光譜測(cè)試技術(shù)由于其無損光譜層析成像能力及高分辨率，已廣泛應(yīng)用于物理、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、石油化工、環(huán)境科學(xué)、材料科學(xué)、地質(zhì)、刑偵和珠寶等領(lǐng)域。?

目前，典型的激光共焦拉曼光譜探測(cè)儀的原理如圖1所示，激光沿光路依次聚光鏡聚焦、針孔、準(zhǔn)直透鏡、偏振分光棱鏡、四分之一波片、物鏡后，聚焦在被測(cè)樣品上，激發(fā)出載有樣品光譜特性的拉曼散射光；移動(dòng)被測(cè)樣品，使對(duì)應(yīng)被測(cè)樣品不同區(qū)域的拉曼散射光再次通過四分之一波片并被偏振分光棱鏡反射，進(jìn)入共焦拉曼光譜探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行光譜探測(cè)。?

現(xiàn)有激光共焦拉曼光譜探測(cè)儀存在以下問題：1、為了減小拉曼散射光的能量損失，系統(tǒng)中選取的針孔通常在150μm～200μm之間，系統(tǒng)利用共焦方式進(jìn)行焦點(diǎn)定位，針孔尺寸直接影響共焦軸向定位曲線的半高寬，針孔尺寸較大導(dǎo)致系統(tǒng)定焦精度降低，即降低空間分辨力；2、利用微弱的拉曼散射光進(jìn)行定位，降低了系統(tǒng)的靈敏度；3、在長(zhǎng)時(shí)間光譜探測(cè)過程中，系統(tǒng)容易受環(huán)境等因素影響發(fā)生漂移，產(chǎn)生離焦，降低系統(tǒng)空間分辨力；4、系統(tǒng)只可進(jìn)行光譜探測(cè)，模式單一。上述原?因限制了共焦拉曼光譜顯微系統(tǒng)探測(cè)微區(qū)光譜的能力，制約了共焦拉曼光譜技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。?

此外，現(xiàn)有激光共焦拉曼光譜探測(cè)儀還遺棄了含有豐富樣品信息的布里淵散射光譜，使其在材料的彈性和壓電等性質(zhì)測(cè)試方面受限，制約了機(jī)械形態(tài)性能參數(shù)的同時(shí)測(cè)量需求。?

基于上述情況，本發(fā)明提出共焦探測(cè)系統(tǒng)利用現(xiàn)有共焦拉曼光譜探測(cè)系統(tǒng)收集到的樣品散射光中遺棄的強(qiáng)于樣品拉曼散射光10³～10⁶倍的瑞利光束進(jìn)行高精度探測(cè)，利用遺棄的布里淵散射光譜對(duì)樣品的彈性、壓電等方面進(jìn)行測(cè)試，使其與拉曼光譜探測(cè)系統(tǒng)有機(jī)融合，以期實(shí)現(xiàn)高空間分辨共焦布里淵-拉曼光譜成像與探測(cè)，而實(shí)現(xiàn)高空間分辨力的光譜探測(cè)是目前光譜顯微測(cè)試領(lǐng)域亟待解決的問題，具有極其重要的理論和學(xué)術(shù)價(jià)值。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：為了克服現(xiàn)有共焦拉曼光譜探測(cè)技術(shù)空間分辨力難以提高以及應(yīng)用受限的不足，提出一種激光共焦布里淵-拉曼光譜測(cè)量方法和裝置。?

本發(fā)明專利的具體思路是：將激光共焦技術(shù)與拉曼光譜探測(cè)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，共焦系統(tǒng)利用系統(tǒng)收集到的樣品散射光中的瑞利光束對(duì)聚焦光斑的焦點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤與空間位置探測(cè)，利用遺棄的布里淵散射光譜對(duì)樣品的彈性、壓電等方面進(jìn)行測(cè)試，拉曼光譜探測(cè)系統(tǒng)利用系統(tǒng)收集到的樣品的散射光中的拉曼散射光進(jìn)行光譜探測(cè)，然后再將共焦探測(cè)系統(tǒng)信號(hào)與拉曼、布里淵光譜探測(cè)系統(tǒng)信號(hào)有機(jī)融合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品形態(tài)性能參數(shù)的高空間分辨探測(cè)。?

本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。?

本發(fā)明的激光共焦布里淵-拉曼光譜測(cè)量方法，是利用二向色分光系統(tǒng)將拉曼散射光從瑞利光和布里淵散射光中分離出來，瑞利光和布里淵散射光經(jīng)分光系統(tǒng)分束后一部分進(jìn)入共焦探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行焦點(diǎn)定位，另一部分進(jìn)入布里淵光譜探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行布里淵光譜探測(cè)，拉曼散射光進(jìn)入拉曼光譜探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行拉曼光譜探測(cè)，利用共焦曲線最大值?M與焦點(diǎn)O位置精確對(duì)應(yīng)這一特性，通過尋找最大值來精確捕獲激發(fā)光斑焦點(diǎn)位置的光譜信息，實(shí)現(xiàn)高空間分辨的光譜探測(cè)，該方法的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：?

1)通過激發(fā)光束產(chǎn)生系統(tǒng)產(chǎn)生激發(fā)光，經(jīng)過第一分光系統(tǒng)、物鏡后，聚焦在被測(cè)樣品上，并激發(fā)出瑞利光、載有被測(cè)樣品光譜特性的拉曼散射光以及布里淵散射光；?

2)移動(dòng)被測(cè)樣品，使瑞利光及對(duì)應(yīng)被測(cè)樣品不同區(qū)域的拉曼散射光、布里淵散射光再次經(jīng)過物鏡，并被第一分光系統(tǒng)反射至二向色分光系統(tǒng)，二向色分光系統(tǒng)將拉曼散射光與瑞利光、布里淵散射光進(jìn)行分離；?