[發(fā)明專利]空間自調(diào)焦激光差動(dòng)共焦拉曼光譜探測方法與裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611038963.6
• 申請日: 2016-11-21
• 公開（公告）號: CN106770154B
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 祝連慶;王帥;張雯;姚齊峰;董明利;婁小平;駱飛
• 申請（專利權(quán)）人: 北京信息科技大學(xué)
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G01J3/44;G01J3/02
• 代理公司: 北京律恒立業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11416
• 代理人: 顧珊;龐立巖

本發(fā)明公開了一種空間自調(diào)焦激光差動(dòng)共焦拉曼光譜探測方法與裝置，本發(fā)明在光譜探測中引入調(diào)焦望遠(yuǎn)技術(shù)、差動(dòng)共焦技術(shù)，并利用二向色分光系統(tǒng)，對瑞利散射光和拉曼散射光進(jìn)行無損分離，利用差動(dòng)共焦響應(yīng)曲線過零點(diǎn)與焦點(diǎn)位置精確對應(yīng)的特性，通過尋找響應(yīng)過零點(diǎn)來精確控制望遠(yuǎn)調(diào)焦系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整焦點(diǎn)，使激發(fā)光束自動(dòng)聚焦到被測對象，同時(shí)獲取激光光斑焦點(diǎn)位置的光譜信息，實(shí)現(xiàn)空間自動(dòng)調(diào)焦的光譜探測。本發(fā)明具有自動(dòng)調(diào)焦、定位準(zhǔn)確特點(diǎn)和擴(kuò)大探測范圍及提高光譜探測靈敏度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及空間光學(xué)成像和光譜測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種空間自調(diào)焦激光差動(dòng)共焦拉曼光譜探測方法與裝置。

背景技術(shù)

激光共焦拉曼光譜測試技術(shù)是將空間成像技術(shù)與拉曼光譜分析技術(shù)結(jié)合起來的新技術(shù)，它將入射激光通過自調(diào)焦望遠(yuǎn)調(diào)焦系統(tǒng)聚焦到樣品上，從而可以在較遠(yuǎn)的距離上在不受周圍物質(zhì)干擾的情況下，獲得所照樣品的物質(zhì)成分結(jié)構(gòu)和組成等，提供較好的分子“指紋”特征。它不僅可以觀測樣品同一層面內(nèi)不同微區(qū)的拉曼光譜信號，還能分別觀測樣品空間深度不同的層面的拉曼信號，對被測樣品進(jìn)行空間掃描，從而在不損傷樣品的情況下達(dá)到進(jìn)行圖譜探測的效果。激光共焦拉曼光譜測試技術(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)、邢偵、考古和珠寶鑒定等領(lǐng)域。

目前現(xiàn)有激光共焦拉曼光譜儀采用了顯微系統(tǒng)，限制了系統(tǒng)可探測范圍；采用三維移動(dòng)平臺作為樣品承載平臺，限制了樣品尺寸和存在形態(tài)；利用弱的拉曼散射光進(jìn)行定位，降低了系統(tǒng)的定焦靈敏度；；長時(shí)間光譜探測過程中，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)長期工作的可靠性；系統(tǒng)只可進(jìn)行光譜探測，模式單一；測量過程中需要遮避光，工作環(huán)境受到限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種空間自調(diào)焦激光差動(dòng)共焦拉曼光譜探測方法與裝置來克服現(xiàn)有共焦拉曼光譜探測技術(shù)探測范圍難以提高問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種空間自調(diào)焦差動(dòng)共焦拉曼光譜探測裝置，包括激發(fā)光束系統(tǒng)，望遠(yuǎn)調(diào)焦系統(tǒng)，二向色分光系統(tǒng)，第一分光系統(tǒng)，拉曼光譜探測系統(tǒng)，差動(dòng)共焦探測系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理模塊和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；其中，所述激發(fā)光束系統(tǒng)、望遠(yuǎn)調(diào)焦系統(tǒng)沿光路依次置于二向色分光系統(tǒng)的反射方向；所述的第一分光系統(tǒng)置于二向色分光系統(tǒng)的透射方向，拉曼光譜探測系統(tǒng)位于第一分光系統(tǒng)的透射方向，差動(dòng)共焦探測系統(tǒng)位于第一分光系統(tǒng)的反射方向；所述的數(shù)據(jù)處理模塊與拉曼光譜探測系統(tǒng)和差動(dòng)共焦探測系統(tǒng)及望遠(yuǎn)調(diào)焦系統(tǒng)連接。

優(yōu)選的，所述的激發(fā)光束系統(tǒng)還包括偏振調(diào)制器及光瞳濾波器，用于產(chǎn)生偏振光及空間結(jié)構(gòu)光束，用于提高系統(tǒng)的光學(xué)性能。

優(yōu)選的，用于壓縮激發(fā)光斑的光瞳濾波器位于偏振控制器與二向色分光系統(tǒng)之間或位于二向色分光系統(tǒng)與望遠(yuǎn)調(diào)焦系統(tǒng)之間。

優(yōu)選的，激發(fā)光束系統(tǒng)和望遠(yuǎn)調(diào)焦系統(tǒng)置于二向色分光系統(tǒng)的透射方向，第一分光系統(tǒng)置于二向色分光系統(tǒng)的反射方向，拉曼光譜探測系統(tǒng)位于第一分光系統(tǒng)的透射方向，差動(dòng)共焦探測系統(tǒng)位于第一分光系統(tǒng)的反射方向，數(shù)據(jù)處理模塊連接共焦探測系統(tǒng)與拉曼光譜探測系統(tǒng)及望遠(yuǎn)調(diào)焦系統(tǒng)。

優(yōu)選的，拉曼光譜探測系統(tǒng)是普通拉曼光譜探測系統(tǒng)，包括沿光路依次放置的第五聚光鏡，位于第五聚光鏡焦點(diǎn)位置的第一光譜儀及位于第一光譜儀后的第二探測器，用于被測樣品的表面光譜的探測，或是共焦拉曼光譜探測系統(tǒng)，包括沿光路依次放置的第七聚光鏡，位于第七聚光鏡焦點(diǎn)位置的第三針孔，位于第三針孔后的第八聚光鏡，位于第八聚光鏡焦點(diǎn)位置的第二光譜儀及位于第二光譜儀后的第三探測器，用于提高系統(tǒng)信噪比和空間分辨力，完成對被測樣品的光譜探測。

優(yōu)選的，數(shù)據(jù)處理模塊包括用于處理位置信息的差動(dòng)共焦數(shù)據(jù)處理模塊、用于處理位置信息和光譜信息的數(shù)據(jù)融合模塊和用于控制望遠(yuǎn)調(diào)焦系統(tǒng)調(diào)焦的數(shù)據(jù)控制模塊。