[發明專利]后置分光瞳激光共焦布里淵-拉曼光譜測試方法及裝置

在審

• 申請號: 201811343640.7
• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN109187438A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 王允;吳寒旭;趙維謙;邱麗榮
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01N21/47
• 分類號: G01N21/47;G01N21/65;G01N21/01
• 代理公司: 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發明涉及一種后置分光瞳激光共焦布里淵?拉曼光譜測試方法及裝置，屬于顯微光譜成像技術領域。通過共焦拉曼光譜探測系統中遺棄的瑞利散射光構建分光瞳激光共焦顯微成像系統，實現樣品幾何形貌的高空間分辨探測；通過探測共焦拉曼光譜探測系統中遺棄的布里淵散射光獲取被測樣品的多種基本性質，從而對材料的彈性、密度、彈性等參數進行測量；利用分光瞳激光共焦顯微成像系統獲得的焦點位置來精確獲取樣品焦點處的光譜信息，進而實現“圖譜合一”的分光瞳激光共焦布里淵?拉曼光譜高空間分辨成像與探測；通過將共焦拉曼光譜探測技術與共焦布里淵光譜探測技術相融合，實現樣品形貌性能多參數綜合測量。

技術領域

本發明涉及一種后置分光瞳激光共焦布里淵-拉曼光譜測試方法及裝置，屬于顯微光譜成像技術領域，將后置分光瞳激光共焦顯微技術、拉曼光譜探測技術以及布里淵光譜探測技術有機結合，涉及一種“圖譜合一”的后置分光瞳激光共焦布里淵-拉曼光譜測試方法及裝置，可用于對各類樣品微區機械形態性能多參數進行高空間分辨探測等。

背景技術

光子與物質中的聲子相互作用時會發生散射效應，其中頻率不發生變化的散射稱為彈性散射(瑞利散射)，頻率發生變化的散射稱為非彈性散射(拉曼散射與布里淵散射)，其中拉曼散射與布里淵散射分別是光子與光學聲子相互作用以及光子與聲學聲子相互作用的結果。

瑞利散射中光子與聲子交換能量較小，頻移變化小于10^-5cm^-1，布里淵散射中光子與聲學聲子交換能量較小，布里淵散射頻移變化在0.01～2cm^-1之間。而拉曼散射中光子與光學聲子交換的能量大，拉曼散射頻移在10～5000cm^-1之間。

拉曼光譜是被測樣品中的分子內部振動所引起的非彈性散射光譜，由于不同的樣品對應不同的拉曼特征譜峰，因此拉曼光譜又稱為“分子指紋譜”。通過測量拉曼光譜，對光譜的頻移、強度、譜寬以及比值進行解耦，進而獲得樣品的組成成分、應力、應變、溫度以及結構缺陷等信息。

布里淵光譜是被測樣品中的分子熱振動所引起的非彈性散射光譜，通過對布里淵光譜進行測量，可對凝聚態物質中的聲子、自旋波等多種元激發進行測量，進而分析樣品的粘彈性、相變以及磁性等多種基本性質，進而對壓電、磁彈、光彈等各種交叉效應進行監測。近年來，布里淵散射研究也為集成鐵電學和自旋電子學的誕生和發展做出了重要貢獻。

共焦光譜探測技術具有測量精度高、層析能力強、光譜信息豐富等特點，在對樣品進行性能形態多參數測量時，由于散射光譜技術具有各自的優點，通過合理設計以及有機結合可實現優勢互補。利用拉曼散射與布里淵散射是實現微細結構材料多性能參數測量的關鍵技術。

傳統的共焦拉曼光譜系統的探測原理如圖1所示，光源系統出射激光透過分光棱鏡、四分之一波片以及測量物鏡后，聚焦在樣品表面，激發出載有樣品微區光譜特性的拉曼散射光，通過三維掃描系統移動被測樣品，使被測樣品上不同被測區域所對應的拉曼散射光通過物鏡收集，經過四分之一波片以及分光棱鏡的反射，第一會聚鏡將反射的拉曼散射光會聚到第一針孔處，利用光譜探測系統測得載有樣品微區特性參數信息的拉曼光譜。

傳統的共焦拉曼光譜系統為提高系統的信噪比，獲取豐富的微區拉曼光譜信息，通常需要對被測樣品進行長時間的拉曼光譜成像。但儀器在長時間的成像過程中容易受到環境溫度、空氣擾動、系統振動等多方面因素的影響，易使系統產生漂移、離焦等現象。由于現有的共焦拉曼光譜探測系統不存在焦點跟蹤的能力，因此在成像過程中難以保證激發光斑與物鏡焦點位置重合，導致激發光斑大于理想的聚焦光斑，其結果降低了光譜探測系統的空間分辨力，因此限制了共焦拉曼光譜儀的探測能力。