[发明专利]一种基于偏振差异原理的拉曼光谱检测方法

说明书

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种拉曼光谱检测方法，特别是一种基于偏振差异原理的拉曼光谱检测方法，主要应用于物质分析、环境监测、资源勘探、食品安全、生物研究、生命科学、医学医疗、过程控制、国防安全等领域中的拉曼光谱检测。

背景技术

拉曼光谱检测方法是基于印度科学家C.V.拉曼（Raman）所发现的拉曼散射效应发展起来的一种散射光谱检测方法，本质上是，通过对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动转动等方面信息，在激光器被发明使用之后得到了快速的发展，广泛应用于物质分析、环境监测、资源勘探、食品安全、生物研究、生命科学、医学医疗、过程控制、国防安全等领域中。由于拉曼散射强度大约为瑞利散射的千分之一，所以拉曼散射非常弱，在拉曼光谱检测系统中，为了得到拉曼光谱信息，需要对拉曼信号进行增强，提高信噪比，出现了增强拉曼光谱检测技术。在先技术中存在拉曼光谱检测技术，被称为针尖增强拉曼光谱技术，（参见论文B. Pettinger, et.al. Nanoscal probing of absorbed species by tip-enhanced Raman spectroscopy. Phys. Rev. Lett. 2004, 92, 096101），尽管其存在一定的优点，仍然存在本质不足，由于只有一个小的针尖处起到增强作用，导致拉曼信号减弱，并且针尖容易被污染，探测信号容易被干扰，因此探测信号易于偏离真值，灵敏度不高，针尖影响探测系统构建的灵活性，在本质上无法提供与光场偏振相关的信息；在先技术中存在一种针尖增强拉曼光谱技术，（参见美国专利，专利名称：High contrast tip-enhanced Raman spectroscopy，发明人：Alexei P. Sokolov, Alexander Kisliuk, Disha Mehtant, Ryan D. Hartschuh, Nam-Heui Lee，专利号：US7656524B2，专利授权时间：2010年2月2日），虽然存在一定的特点，但是仍然存在本质不足，没有从根本上避免原有针尖增强拉曼光谱技术的不足，并且激发光偏振态调节灵活性差，系统构建灵活性低，偏振拉曼信息量少，并且，本检测方法在本质上对被检测物的材料特性存在本质要求，限制了应用范围。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术的不足，提供基于偏振差异原理的拉曼光谱检测方法，具有高灵敏度、高信噪比、被检测物形态和物质多样、偏振相关特性丰富、信息量高、系统易于构建、应用范围广、功能易于扩充等特点。

本发明的基本构思是：基于偏振差异原理，将偏振可调控光束激发与核壳结构纳米颗粒层拉曼增强效应相结合，在不同偏振态光场聚焦到核壳结构纳米颗粒区域，核壳结构纳米颗粒包括金属纳米颗粒内核和惰性材料外壳，被检测物质位于核壳结构纳米颗粒层附近的被检测区域，基于不同偏振态光激发和核壳结构纳米颗粒的强电磁场增强效应，得到被检测物的增强拉曼信号，基于偏振态可调控特性，将偏振维度上的多增强拉曼信号进行偏振差异化信息处理，得到高信息量拉曼信号。

本发明的基于偏振差异原理的拉曼光谱检测方法，其具体的技术方案如下：

步骤(1)激光光源出射光束上设置有偏振态调控部件，偏振态调控部件可以调控入射光束的偏振态，实现可控偏振态光场出射；

步骤(2)偏振态调控部件出射的矢量光束经过会聚元件聚焦，形成拉曼光谱激发区域，通过偏振态调控部件实现焦点区域中光场特性调控；

步骤(3)被检测物设置在拉曼光谱激发区域，在被检测物上设置有核壳结构纳米颗粒层，核壳结构纳米颗粒包括金属纳米颗粒内核和惰性材料外壳，带有核壳结构纳米颗粒层在矢量光束聚焦激发下，对拉曼光谱进行增强；

步骤(4)被增强的拉曼光经过检测偏振器件后，由拉曼光谱探测器接收，得到被检测物的在偏振光束激发和核壳结构纳米颗粒层增强后的拉曼信息；

步骤(5)通过偏振态调控部件改变激光光束偏振特性，重复步骤（2）-（4），得到多组被检测物的拉曼光谱信息，通过信息融合技术，将偏振维度上的多增强拉曼信号进行偏振差异化信息处理，得到高信息量拉曼信号。

所述的激光光源为气体激光器、固态激光器、染料激光器、半导体激光器中的一种。

所述的偏振态调控部件为液晶偏振调节器、微纳结构偏振调节器、双二分之玻片对偏振调节器中的一种。

所述的会聚元件为单透镜、复合透镜组、消色差物镜、平场物镜、菲涅尔透镜中的一种。