[发明专利]空间自调焦激光差动共焦拉曼光谱成像探测方法与装置

说明书

本发明涉及空间自调焦激光差动共焦拉曼光谱成像探测方法与装置，属于空间光学成像和光谱测量技术领域。该空间自调焦激光差动共焦拉曼光谱成像探测方法与装置，对瑞利散射光和拉曼散射光进行无损分离，利用探测器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、并且通过图像探测器获取目标的图像图形信息，装置实现空间自动调焦的光谱探测、图像获取，构成一种可实现样品空间自调焦光谱、图像探测的方法和装置。本发明具有自动调焦、定位准确，大空间范围、光谱探测灵敏度高、目标图像获取等优点。

技术领域

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

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，典型的激光共焦拉曼光谱探测仪的原理如图1所示，激光器发出光束后，经第一聚光镜、第一针孔后，经第二聚光镜后扩束成为平行光，透过第一分光系统、四分之一波片、第六聚光镜后，聚焦在被测样品上，激发出载有样品光谱特性的拉曼散射光，移动被测样品，使对应被测样品区域的拉曼散射光通过第六聚光镜、四分之一波片后，并被第一分光系统反射，经第七聚光镜聚焦到第三针孔后，由第八聚光镜汇聚到第二光谱仪，从而，测得载有被测样品光谱信息的拉曼光谱。

现有激光共焦拉曼光谱仪存在以下问题：1、采用了显微系统，限制了系统可探测的范围；2、采用了三维移动平台作为样品承载平台，限制了样品尺寸和存在状态；3、在进行样品探测前，需要对样品进行处理；4、为了减小拉曼散射光的能量损失，系统中选用的针孔通常在150um-200um之间，系统利用共焦方式进行焦点定位，针孔尺寸直接影响共焦轴向定位曲线的半高宽，针孔尺寸较大导致系统定焦精度降低，即降低了系统空间分辨力；5、利用弱的拉曼散射光进行定位，降低了系统的定焦灵敏度；6、在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；7、系统只可进行光谱探测，模式单一；8、测量过程中需要遮避光，工作环境受到限制。上述原因限制了共焦拉曼光谱系统探测空间物质的能力，制约了共焦拉曼光谱技术的进一步发展。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了空间自调焦激光差动共焦拉曼光谱成像探测方法与装置，解决了限制了共焦拉曼光谱系统探测空间物质的能力，制约了共焦拉曼光谱技术的进一步发展的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：空间自调焦激光差动共焦拉曼光谱成像探测方法，具体包括以下步骤：

步骤1、通过激光光束产生系统产生激发光，经过二向色分光系统、望远调焦系统后，照射在被测样品上，并激发出瑞利散射光和载有样品光谱特性的拉曼散射光；

步骤2、通过望远调焦机构，使差动共焦探测系统的响应到达过零点，完成激发光束自动聚焦在样品上，同时获得样品的位置信息[α、β、l]；

步骤3、使对应被测样品区域的瑞利散射光及拉曼散射光再次经过望远调焦系统，并被望远调焦系统整形成平行光透射至二向色分光系统，经二向色分光系统对瑞利散射光和拉曼散射光进行分离；