[发明专利]激光差动共焦布里渊-拉曼光谱测量方法及装置

摘要

本发明属于显微成像及光谱测量技术领域，涉及一种激光差动共焦布里渊-拉曼光谱测量方法及装置，可用于样品的微区形态参数综合测试与高分辨成像。该方法与装置在光谱探测中融入差动共焦技术，利用差动共焦技术进行样品位置探测，利用光谱探测系统进行光谱探测，利用传统共焦拉曼光谱探测技术遗弃的布里渊散射光对材料的弹性和压电等性质进行测试，从而实现样品微区高空间分形态参数测量。本发明具有定位准确，高空间分辨，光谱探测灵敏度高和测量聚焦光斑尺寸可控等优点，在生物医学、法庭取证、微纳制造、材料工程、工程物理、精密计量、物理化学等领域有广泛的应用前景。

主权项

激光差动共焦布里渊‑拉曼光谱测量方法，其特征在于： a）通过激发光束产生系统（1）产生激发光，经过第一分光系统（2）、物镜（3）后，聚焦在被测样品（4）上，并激发出瑞利光和载有被测样品（4）光谱特性的拉曼散射光和布里渊散射光，瑞利光、布里渊散射光和拉曼散射光被系统收集回光路中，经过物镜（3）后被第一分光系统（2）反射至二向色分光系统（6），经二向色分光系统（6）分光后，拉曼散射光与其他光谱相互分离，瑞利光和布里渊散射光被反射进入第二分光系统（8），经第二分光系统（8）透射的瑞利光和布里渊散射光进入差动共焦探测系统（10），经第二分光系统（8）反射的瑞利光和布里渊散射光进入布里渊光谱探测系统（9），经二向色分光系统（6）透射的拉曼散射光进入拉曼光谱探测系统（7），利用差动共焦曲线（12）过零点与焦点位置精确对应这一特性，通过零点触发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； b）只对接收瑞利光和布里渊散射光的第一探测器（18）、第二探测器（21）获得的差动信号进行差动相减处理时，系统可以进行高空间分辨的三维尺度层析成像；只对接收拉曼散射光的第三探测器（30）获得的拉曼光谱信号进行处理时，系统可以进行拉曼光谱探测；只对接收瑞利光和布里渊射光的第四探测器（33）获得的布里渊光谱信号进行处理时，系统可以进行布里渊光谱探测；同时对接收瑞利光和布里渊散射光的第一探测器（18）、第二探测器（21）获得的差动信号、接收接收瑞利光和布里渊散射光的第四探测器（33）获得的布里渊光谱信号、和接收拉曼散射光的第三探测器（30）获得的拉曼光谱信号进行处理时，系统可以进行高空间分辨的微区图谱层析成像，即被测样品几何位置信息和光谱信息的高空间分辨的“图谱合一”，可对样品进行三维形貌高分辨重构及微区形态性能参数测量； c)差动共焦曲线（12）过零点处精确对应物镜（3）的焦点O，测量过程中可以实时对被测样品（4）进行精确跟踪定焦，保证被测样品（4）在整个测量过程中始终处于焦点位置，抑制环境温度和振动等因素对光谱测量的影响，从而提高测量精度； d）差动共焦曲线（12）过零点处对应测量物镜（3）焦点O，此处聚焦光斑尺寸最小，探测的区域最小，线性区域BB'其他位置对应物镜（3）的离焦区域，在焦前或焦后BB'区域内的聚焦光斑尺寸随离焦量增大而增大，利用此特点，通过调整样品的z向离焦量，并根据实际测量精度需求来控制聚焦光斑的尺寸，实现对样品探测区域大小可控。