[发明专利]受激拉曼超光谱组合探测装置及方法

说明书

本发明提供一种受激拉曼超光谱组合探测装置及方法，其中的方法包括：S1、产生两束不同频率的脉冲激光，对其中的一束脉冲激光进行频率编码，选取不同预设频率的激光信号，对另一束脉冲激光选取单一固定频率的激光信号；S2、对不同预设频率的激光信号与固定频率的激光信号进行时间同步与空间同步同时聚焦于测试样品上，共同激发测试样品的受激拉曼光谱信号。本发明所需要的探测次数远远少于拉曼光谱的光谱通道数，可以大幅提高当前受激拉曼光谱分析技术在宽谱段、高分辨光谱分析应用中的检测速度。

技术领域

本发明涉及光谱分析技术领域，特别涉及一种受激拉曼超光谱组合探测装置及方法。

背景技术

受激拉曼光谱技术是利用激光与物质的非线性作用来实现拉曼信号增强的无标高灵敏检测技术，该技术不受非共振背景噪声的影响，其光谱信息与自发拉曼光谱完全一致，但信号强度相比自发拉曼光谱能够增强三到五个数量级，且受激拉曼光谱信号强度与分子浓度呈正比关系，可实现定量测量。受激拉曼采用两束时间、空间同步的超快激光作为激发光，一束频率较高，为泵浦光，另一束频率较低，为斯托克斯光，当泵浦光与斯托克斯光频率之差与样品分子本征振动频率一致时，拉曼跃迁由于受激过程被极大增强，泵浦光中湮灭一个光子，斯托克斯光中产生一个光子，分别称为受激拉曼损耗与受激拉曼增益过程，当前受激拉曼光谱分析系统通过调节两束激光之间的频率差，并检测对应激光强度的变换，即可获得高灵敏拉曼光谱信号，目前在生命科学研究、技术及药物开发领域获得广泛应用。

当前受激拉曼探测光谱波长调节方法主要有激光器频率调谐方法、脉冲整形方法以及光谱聚焦方法。激光器频率调谐方法主要依靠调协激光器输出频率来实现拉曼光谱探测光谱波长调谐，但现有激光器的频率调谐速度慢，导致光谱检测速度也较慢。飞秒脉冲整形方法将宽谱的飞秒脉冲在傅里叶平面色散开来，通过可移动狭缝依次将预设频率成分提取出来后，与另一束固定频率的窄谱脉冲共同激发受激拉曼光谱信号，从而实现高分辨受激拉曼检测，但该方法中，绝大多数脉冲能量没有参与受激拉曼过程，不能有效利用有限的激光功率，检测信噪比受限。光谱聚焦方法使用相同色散介质使泵浦光脉冲与斯托克斯光脉冲产生线性啁啾，在脉冲持续时间内，泵浦光脉冲与斯托克斯光脉冲之间形成稳定的频率差，通过时间延迟线改变泵浦光脉冲与斯托克斯脉冲之间的时间间隔即可实现拉曼振动频率选择，这种方法使脉冲中大部分能量参与激发受激拉曼光谱信号，能量利用率较高，但是由于线性啁啾匹配问题以及高阶啁啾的存在，导致该方法的光谱分辨率相对较低。并且上述三种方法中的探测器一次检测中仅能探测单一频率的拉曼光谱，对于具有N个拉曼频移亦即光谱通道的拉曼光谱检测，需要进行N次光谱扫描，因此在进行宽谱段、高分辨受激拉曼检测时需要进行大量扫描探测，大幅增加检测时间。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷，提出了一种受激拉曼超光谱组合探测装置，以解决上述背景技术所指出的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

本发明提供一种受激拉曼超光谱组合探测方法，包括如下步骤：

S1、产生两束不同频率的脉冲激光，对其中的一束脉冲激光进行频率编码，选取不同预设频率的激光信号，对另一束脉冲激光选取单一固定频率的激光信号；

S2、对不同预设频率的激光信号与固定频率的激光信号进行时间同步与空间同步同时聚焦于测试样品上，共同激发测试样品的受激拉曼光谱信号。

优选地，在步骤S1中，对一束脉冲激光进行频率编码，选取不同预设频率的激光信号的过程包括如下步骤：

对脉冲激光进行调制；

对调制后的脉冲泵浦光或脉冲斯托克斯光进行色散；

对色散后的脉冲泵浦光或脉冲斯托克斯光进行频率编码，选取不同预设频率的激光信号；

在步骤S1中，对另一束脉冲激光选取单一固定频率的激光信号的过程包括如下步骤：