[发明专利]激光共焦布里渊-拉曼光谱测量方法与装置

说明书

技术领域

本发明属于显微光谱成像技术领域，将共焦显微技术与光谱探测技术相结合，涉及一种激光共焦布里渊-拉曼光谱测量方法与装置，可用于样品的微区形态性能参数综合测试与高分辨成像。 

技术背景

激光共焦拉曼光谱测试技术是将显微分析技术与拉曼光谱分析技术结合起来的新技术，它将入射激光通过显微镜聚焦到样品上，从而可以在不受周围物质干扰的情况下，获得所照样品微区的分子结构等，被称为分子探针。它不仅可以观测样品同一层面内不同微区的拉曼光谱信号，还能分别观测样品内深度不同的各个层面的拉曼信号，对被测样品进行断层扫描，从而在不损伤样品的情况下达到进行“光学切片”的效果。激光共焦拉曼光谱测试技术由于其无损光谱层析成像能力及高分辨率，已广泛应用于物理、化学、生物医学、石油化工、环境科学、材料科学、地质、刑侦和珠宝等领域。 

目前，典型的激光共焦拉曼光谱探测仪的原理如图1所示，激光沿光路依次聚光镜聚焦、针孔、准直透镜、偏振分光棱镜、四分之一波片、物镜后，聚焦在被测样品上，激发出载有样品光谱特性的拉曼散射光；移动被测样品，使对应被测样品不同区域的拉曼散射光再次通过四分之一波片并被偏振分光棱镜反射，进入共焦拉曼光谱探测系统进行光谱探测。 

现有激光共焦拉曼光谱探测仪存在以下问题：1、为了减小拉曼散射光的能量损失，系统中选取的针孔通常在150μm～200μm之间，系统利用共焦方式进行焦点定位，针孔尺寸直接影响共焦轴向定位曲线的半高宽，针孔尺寸较大导致系统定焦精度降低，即降低空间分辨力；2、利用微弱的拉曼散射光进行定位，降低了系统的灵敏度；3、在长时间光谱探测过程中，系统容易受环境等因素影响发生漂移，产生离焦，降低系统空间分辨力；4、系统只可进行光谱探测，模式单一。上述原 因限制了共焦拉曼光谱显微系统探测微区光谱的能力，制约了共焦拉曼光谱技术的进一步发展。 

此外，现有激光共焦拉曼光谱探测仪还遗弃了含有丰富样品信息的布里渊散射光谱，使其在材料的弹性和压电等性质测试方面受限，制约了机械形态性能参数的同时测量需求。 

基于上述情况，本发明提出共焦探测系统利用现有共焦拉曼光谱探测系统收集到的样品散射光中遗弃的强于样品拉曼散射光10³～10⁶倍的瑞利光束进行高精度探测，利用遗弃的布里渊散射光谱对样品的弹性、压电等方面进行测试，使其与拉曼光谱探测系统有机融合，以期实现高空间分辨共焦布里渊-拉曼光谱成像与探测，而实现高空间分辨力的光谱探测是目前光谱显微测试领域亟待解决的问题，具有极其重要的理论和学术价值。 

发明内容

本发明的目的是：为了克服现有共焦拉曼光谱探测技术空间分辨力难以提高以及应用受限的不足，提出一种激光共焦布里渊-拉曼光谱测量方法和装置。 

本发明专利的具体思路是：将激光共焦技术与拉曼光谱探测技术有机结合，共焦系统利用系统收集到的样品散射光中的瑞利光束对聚焦光斑的焦点进行实时跟踪与空间位置探测，利用遗弃的布里渊散射光谱对样品的弹性、压电等方面进行测试，拉曼光谱探测系统利用系统收集到的样品的散射光中的拉曼散射光进行光谱探测，然后再将共焦探测系统信号与拉曼、布里渊光谱探测系统信号有机融合，从而实现对样品形态性能参数的高空间分辨探测。 

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。 

本发明的激光共焦布里渊-拉曼光谱测量方法，是利用二向色分光系统将拉曼散射光从瑞利光和布里渊散射光中分离出来，瑞利光和布里渊散射光经分光系统分束后一部分进入共焦探测系统进行焦点定位，另一部分进入布里渊光谱探测系统进行布里渊光谱探测，拉曼散射光进入拉曼光谱探测系统进行拉曼光谱探测，利用共焦曲线最大值 M与焦点O位置精确对应这一特性，通过寻找最大值来精确捕获激发光斑焦点位置的光谱信息，实现高空间分辨的光谱探测，该方法的具体实现步骤如下： 

1)通过激发光束产生系统产生激发光，经过第一分光系统、物镜后，聚焦在被测样品上，并激发出瑞利光、载有被测样品光谱特性的拉曼散射光以及布里渊散射光； 

2)移动被测样品，使瑞利光及对应被测样品不同区域的拉曼散射光、布里渊散射光再次经过物镜，并被第一分光系统反射至二向色分光系统，二向色分光系统将拉曼散射光与瑞利光、布里渊散射光进行分离；