[发明专利]空间自调焦激光差动共焦拉曼光谱探测方法与装置

说明书

本发明公开了一种空间自调焦激光差动共焦拉曼光谱探测方法与装置，本发明在光谱探测中引入调焦望远技术、差动共焦技术，并利用二向色分光系统，对瑞利散射光和拉曼散射光进行无损分离，利用差动共焦响应曲线过零点与焦点位置精确对应的特性，通过寻找响应过零点来精确控制望远调焦系统自动调整焦点，使激发光束自动聚焦到被测对象，同时获取激光光斑焦点位置的光谱信息，实现空间自动调焦的光谱探测。本发明具有自动调焦、定位准确特点和扩大探测范围及提高光谱探测灵敏度。

技术领域

本发明涉及空间光学成像和光谱测量技术领域，具体涉及一种空间自调焦激光差动共焦拉曼光谱探测方法与装置。

背景技术

激光共焦拉曼光谱测试技术是将空间成像技术与拉曼光谱分析技术结合起来的新技术，它将入射激光通过自调焦望远调焦系统聚焦到样品上，从而可以在较远的距离上在不受周围物质干扰的情况下，获得所照样品的物质成分结构和组成等，提供较好的分子“指纹”特征。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，还能分别观测样品空间深度不同的层面的拉曼信号，对被测样品进行空间扫描，从而在不损伤样品的情况下达到进行图谱探测的效果。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、邢侦、考古和珠宝鉴定等领域。

目前现有激光共焦拉曼光谱仪采用了显微系统，限制了系统可探测范围；采用三维移动平台作为样品承载平台，限制了样品尺寸和存在形态；利用弱的拉曼散射光进行定位，降低了系统的定焦灵敏度；；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，降低系统长期工作的可靠性；系统只可进行光谱探测，模式单一；测量过程中需要遮避光，工作环境受到限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空间自调焦激光差动共焦拉曼光谱探测方法与装置来克服现有共焦拉曼光谱探测技术探测范围难以提高问题。

本发明的技术方案是：一种空间自调焦差动共焦拉曼光谱探测装置，包括激发光束系统，望远调焦系统，二向色分光系统，第一分光系统，拉曼光谱探测系统，差动共焦探测系统及数据处理模块和计算机控制系统；其中，所述激发光束系统、望远调焦系统沿光路依次置于二向色分光系统的反射方向；所述的第一分光系统置于二向色分光系统的透射方向，拉曼光谱探测系统位于第一分光系统的透射方向，差动共焦探测系统位于第一分光系统的反射方向；所述的数据处理模块与拉曼光谱探测系统和差动共焦探测系统及望远调焦系统连接。

优选的，所述的激发光束系统还包括偏振调制器及光瞳滤波器，用于产生偏振光及空间结构光束，用于提高系统的光学性能。

优选的，用于压缩激发光斑的光瞳滤波器位于偏振控制器与二向色分光系统之间或位于二向色分光系统与望远调焦系统之间。

优选的，激发光束系统和望远调焦系统置于二向色分光系统的透射方向，第一分光系统置于二向色分光系统的反射方向，拉曼光谱探测系统位于第一分光系统的透射方向，差动共焦探测系统位于第一分光系统的反射方向，数据处理模块连接共焦探测系统与拉曼光谱探测系统及望远调焦系统。

优选的，拉曼光谱探测系统是普通拉曼光谱探测系统，包括沿光路依次放置的第五聚光镜，位于第五聚光镜焦点位置的第一光谱仪及位于第一光谱仪后的第二探测器，用于被测样品的表面光谱的探测，或是共焦拉曼光谱探测系统，包括沿光路依次放置的第七聚光镜，位于第七聚光镜焦点位置的第三针孔，位于第三针孔后的第八聚光镜，位于第八聚光镜焦点位置的第二光谱仪及位于第二光谱仪后的第三探测器，用于提高系统信噪比和空间分辨力，完成对被测样品的光谱探测。

优选的，数据处理模块包括用于处理位置信息的差动共焦数据处理模块、用于处理位置信息和光谱信息的数据融合模块和用于控制望远调焦系统调焦的数据控制模块。