[發(fā)明專利]反射式共焦CARS顯微光譜測試方法與裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710366677.0
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN106990095B
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙維謙;黃偉華;王允;邱麗榮
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65
• 代理公司: 北京理工正陽知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 唐華

1.一種反射式共焦CARS顯微光譜測試方法，其特征在于包括以下步驟：

a）在激光發(fā)射單元（1）中，由連續(xù)譜脈沖激光器（3）發(fā)出連續(xù)譜激光，經(jīng)過第一帶通濾光片（4）后通過第一二向色鏡（5）與單波長脈沖激光器（2）發(fā)出的單波長脈沖激光混合，形成頻率一致、時(shí)間一致和空間重合的混合光束；混合光束經(jīng)過分光棱鏡（6）由位于Z向平移臺（7）上的顯微物鏡（8）會聚在被測樣品（9）上，激發(fā)出瑞利光和載有被測樣品（9）光譜特性的CARS光；CARS光和瑞利光經(jīng)分光棱鏡（6）反射進(jìn)入第二二向色鏡（11）后分成兩束，其中包含CARS光的光束進(jìn)入光譜探測單元（12），另一束包含瑞利光的光束進(jìn)入共焦探測單元（18）；在光譜探測單元（12）中，包含CARS光的光束先經(jīng)過第二帶通濾光片（13），濾除光束中的非CARS干擾光，然后通過第一會聚鏡（14）會聚進(jìn)入光譜儀（17），獲得CARS光譜信息；在共焦探測單元（18）中，包含瑞利光的光束經(jīng)過第三會聚鏡（19）后通過位于焦點(diǎn)位置的第二針孔（20）濾除雜散光后被第一光電探測器（21）探測，獲得共焦強(qiáng)度信號；

b）Z向平移臺（7）移動，共焦信號強(qiáng)度隨之改變，得到共焦曲線（23），利用共焦曲線（23）“最大值點(diǎn)”與顯微物鏡（8）焦點(diǎn)位置精確對應(yīng)的特性，通過“最大值點(diǎn)”來精確捕獲激發(fā)光斑焦點(diǎn)位置后，再測量獲得光譜信息，從而實(shí)現(xiàn)高空間分辨的幾何探測和光譜探測；

c）當(dāng)對接收CARS光的光譜探測單元（12）獲得的光譜信號進(jìn)行處理時(shí)，系統(tǒng)能夠進(jìn)行光譜探測；當(dāng)對接收瑞利光的共焦探測單元（18）獲得的共焦信號進(jìn)行處理時(shí)，系統(tǒng)能夠獲得三維幾何形貌；當(dāng)對共焦信號和CARS信號同時(shí)處理時(shí)，系統(tǒng)能夠進(jìn)行高空間分辨的微區(qū)圖譜層析成像，即實(shí)現(xiàn)對被測樣品“圖譜合一”的激光共焦CARS顯微光譜高空間分辨成像與探測。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反射式共焦CARS顯微光譜測試方法，其特征在于，激發(fā)光束由兩束頻率相同，時(shí)間一致的脈沖激光組成，其中一束是單波長脈沖激光，另一束是連續(xù)譜脈沖激光。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反射式共焦CARS顯微光譜測試方法，其特征在于，通過匹配不同譜帶的帶通濾光片，選擇不同譜段的斯托克斯光，由此實(shí)現(xiàn)不同譜段的光譜探測。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反射式共焦CARS顯微光譜測試方法，其特征在于，第一二向色鏡（5）與分光棱鏡（6）反射光束軸線的夾角可變，由此提高系統(tǒng)的靈活性。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反射式共焦CARS顯微光譜測試方法，其特征在于，在激光發(fā)射單元（1）和分光棱鏡（6）之間添加光瞳濾波器（24），有助于提高系統(tǒng)的空間分辨力。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反射式共焦CARS顯微光譜測試方法，其特征在于，本發(fā)明中激光發(fā)射單元（1）還可以用單波長脈沖激光器加光子晶體光纖（26）進(jìn)行光譜展寬實(shí)現(xiàn)，此外，將光譜探測單元（12）中的光譜儀（17）替換成光電點(diǎn)探測器（31），旋轉(zhuǎn)偏振片（30）可以實(shí)現(xiàn)光譜掃描輸出，進(jìn)而激發(fā)CARS光譜并由光電點(diǎn)探測器（31）探測得到CARS光譜信號。

7.一種反射式共焦CARS顯微光譜測試裝置，包括激光發(fā)射單元（1）、光譜激發(fā)單元、第二二向色鏡（11）、光譜探測單元（12）、共焦探測單元（18）、計(jì)算機(jī)（32）；其中，光譜激發(fā)單元位于激光發(fā)射單元（1）出射方向、第二二向色鏡（11）位于光譜激發(fā)單元出射方向、光譜探測單元（12）位于第二二向色鏡（11）透射方向、共焦探測單元（18）位于第二二向色鏡（11）反射方向；激光發(fā)射單元（1）由單波長脈沖激光器（2）、連續(xù)譜脈沖激光器（3）、第一帶通濾光片（4）和第一二向色鏡（5）組成；光譜激發(fā)單元由分光棱鏡（6）、Z向平移臺（7）、顯微物鏡（8）、被測樣品（9）和X-Y平移臺（10）組成；光譜探測單元（12）由第二帶通濾光片（13）、第一會聚鏡（14）、第一針孔（15）、第二會聚鏡（16）和光譜儀（17）組成；共焦探測單元（18）由第三會聚鏡（19）、第二針孔（20）、第一光電探測器（21）組成，其中，第二針孔（20）位于第三會聚鏡（19）的焦點(diǎn)位置。