[发明专利]差动共焦拉曼光谱测试方法

说明书

技术领域

本发明属于显微光谱成像技术领域，涉及一种“图谱合一”的高空间分辨光谱测试成像方法，其可用于各类样品的微区光谱分辨测试等。

背景技术

激光共焦拉曼光谱技术通过入射激光引起分子(或晶格)产生振动而损失(或获得)部分能量，使散射光频率发生变化，通过对散射光进行分析，来探知分子的组分、结构及相对含量等，激光共焦拉曼光谱技术亦被称之为分子探针技术。

激光共焦拉曼光谱测试技术作为一种极其重要的材料结构测量与分析的基本技术手段，广泛应用于物理、化学、生物医学、材料科学、环境科学、石油化工、地质、药物、食品、刑侦和珠宝等领域，可进行未知物的无损伤鉴定和深度剖析光谱分析，同时，还可以进行样品扫描和低温分析、材料的光致发光研究等。目前，商用的激光共焦拉曼光谱测试仪器主要有英国RENISHAW等生产。

现有的共焦拉曼光谱测试仪的原理如图1所示，激发光束透过偏振分光镜(2)、四分之一波片(3)、聚焦物镜(4)后，聚焦在被测样品(7)上，激发出载有样品光谱特性的拉曼散射光；移动被测样品(7)，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(3)并被偏振分光镜(2)反射，利用位于针孔11后面的光谱检测系统16测得载有被测样品光谱信息的拉曼散射光谱。

共焦拉曼光谱系统的激发光斑位置无法保证处在物镜焦点位置，实际激发光斑远大于物镜聚焦光焦斑，其结果制约了可探测区域的微小化，限制了共焦拉曼光谱仪器的微区光谱探测能力，使共焦拉曼光谱测试技术无法用于更精细的微区光谱特性测试与分析场合。

发明内容

本发明的目的是为克服上述已有技术的不足，提供一种具有很强微区光谱探测能力的差动共焦拉曼光谱测试方法，来实现样品的精细微区光谱成像检测，其结果为样品微区三维尺度及光谱特性分析提供依据。该技术在生物医学、生命科学、生物物理、生物化学、材料、工业精密检测等技术领域具有极其重要的应用前景，是国际光谱测试领域亟待解决的难题。

差动共焦显微技术在前期的授权专利ZL 2004100063596(发明人：赵维谦等)中，以题为“具有高空间分辨能力的差动共焦扫描检测方法”已公开，本发明中该已有技术不再详述。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明是首先通过差动共焦技术精确捕捉激发光束聚焦焦点位置，然后探测对应该位置的拉曼光谱，改善共焦拉曼光谱仪器的微区光谱探测能力。

采用特定设计的光瞳滤波器，对差动共焦拉曼光谱仪器的光瞳函数进行掩膜修正，锐化爱里斑主瓣，进一步改善差动共焦拉曼光谱系统的微区光谱探测能力。

轴向分辨力的提高可通过差动共焦光路布置及差动探测来进行，这样便可实现样品微区三维尺度及光谱特性的高信噪比检测。

实现本方法的装置包括激光器(1)、偏振分光镜(2)、1/4波片(3)、物镜(4)、聚光镜(8、10)、针孔(11、12)，探测器(13、14)、分光镜(5、6)、被测样品(7)、三维工作台(9)、聚焦信号差动相减处理单元(15)、光谱检测系统(16)、计算机处理系统(17)、光瞳滤波器(18)、滤光片(19)、扩束器(20)；所述的光瞳滤波器可以是位相型滤波器、振幅型滤波器和振幅位相混合型滤波器；其连接关系可根据本发明方法中的光路走向确定。

该方法的具体步骤如下：

1)使可激发出样品拉曼光谱的激发光束透过偏振分光镜(2)、四分之一波片(3)、聚焦物镜(4)后，聚焦在被测样品(7)上，并激发出载有样品光谱特性的拉曼散射光；

2)移动被测样品(7)，使激发光及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(3)并被偏振分光镜(2)反射，利用两分光镜(5，6)分光将偏振分光镜(2)反射的激发光和拉曼光谱分别进行分光；

3)利用差动共焦显微系统的两个探测器(13、14)，分别探测分光镜(5)透射的光束，测得反映被测样品凸凹变化的强度响应I_A(v，u，-u_M)和I_B(v，u，+u_M)，并将I_A(v，u，-u_M)和I_B(v，u，+u_M)差动相减，得差动共焦强度响应I(v，u)，其中，v为横向归一化光学坐标，u为轴向归一化光学坐标，u_M为针孔轴向归一化光学偏移量；

4)利用光谱检测系统(16)检测分光镜(5)反射的光束，测得载有被测样品光谱信息的拉曼散射光谱I(λ)，其中λ为波长；