[发明专利]一种基于能量反馈的全光纤共焦拉曼光谱测量方法

说明书

本发明公开了一种基于能量反馈的全光纤共焦拉曼光谱测量方法。实现该方法的装置包括：包括激光器、四个单模光纤、四个光纤转接件、准直器、能量反馈调节装置、两个分束器、物镜、被测样品、拉曼滤光片组、拉曼成像透镜、拉曼探测器、两个差分成像透镜、两个差分点探测器。本发明首先通过单模光纤的形式来实现激光的引入及拉曼探测信号的引出，利用光纤端面代替传统的共焦针孔设计，精确提高共焦拉曼探测的纵向分辨率。采用特定设计的激光能量调节反馈装置，精确设计及调节激发光源的稳定性，使激发光源及探测拉曼信号的波动控制在一定范围内，大大提高了长时间光谱采集及拉曼成像的信噪比及灵敏度。

技术领域

本发明涉及光谱测试领域，具体涉及一种基于能量反馈的全光纤共焦拉曼光谱测量方法。

背景技术

在拉曼光谱中，散射光与入射光之间频率的差异被称为拉曼位移，研究拉曼位移可以获得分子中化学键的振动和转动信息，以及晶格的振动信息，是一种重要的研究物质微观结构的光谱测量技术。拉曼光谱测量系统是实现拉曼散射技术对微观物质进行研究的有利工具。现有的高性能的拉曼光谱测量系统主要为共焦拉曼光谱测量装置，是将空间成像技术与拉曼光谱分析技术结合起来的一种技术。差动共焦显微技术在前期的授权专利ZL2004100063596中已经公开，本发明中对该已有技术不再详述。

但是目前的共焦拉曼光谱测量装置，由于共焦针孔加工精度的限制，导致系统的空间分辨率及稳定性受限；激发光源功率波动较大，对长时间采集光谱以及拉曼成像的噪声以及灵敏度产生很大的干扰；通过激发光斑的大小和样品平移台的精度决定样品探测的空间定位，定焦精度和空间分辨率均难以获得很大的提升，导致其应用场景受到限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全光纤式的，具有能量反馈调节装置的高分辨拉曼光谱测量方法与装置，来克服现有共焦拉曼光谱探测技术难以提高的问题。

本发明首先通过单模光纤的形式来实现激光的引入及拉曼探测信号的引出，利用光纤端面代替传统的共焦针孔设计，精确提高共焦拉曼探测的纵向分辨率。

采用特定设计的激光能量调节反馈装置，精确设计及调节激发光源的稳定性，使激发光源及探测拉曼信号的波动控制在一定范围内，大大提高了长时间光谱采集及拉曼成像的信噪比及灵敏度。

光纤式差动共聚焦方式，利用芯径更小的单模光纤端面取代传统差分共焦里面的针孔及光瞳滤波器设计，利用更简单的方式可获得更高的定焦精度。结合最大似然法、去卷积、滤波等在内的数据锐化处理方式对激发光源的艾里光斑进行锐化处理，进一步提升定位精度及横向分辨率。

本发明是通过如下技术方案来实现的。

本发明提供了一种基于能量反馈的全光纤共焦拉曼光谱测量方法，其特征在于，实现该方法的装置：包括激光器(1)、四个单模光纤(2、12、19、20)、四个光纤转接件(3、11、17、18)、准直器(4)、能量反馈调节装置(5)、两个分束器(6、14)、物镜(7)、被测样品(8)、拉曼滤光片组(9)、拉曼成像透镜(10)、拉曼探测器(13)、两个差分成像透镜(15、16)、两个差分点探测器(21、22)；该方法的具体实现步骤如下：

1)使可激发样品拉曼信号的激光器(1)以单模光纤(2)的形式耦合进光路，通过光纤转接件(3)上的光纤端面，利用准直镜(4)进行激光的准直；

2)准直后的激光进入能量反馈调节装置(5)，进行激发光源的稳定性调节；稳定性精确控制的激发光源通过分束器(6)、物镜(7)，聚焦在被测样品(8)上，激发出带有样品特性的拉曼散射光谱信号；

3)激发出的拉曼散射光谱信号，通过物镜(7)、分束器(6)、拉曼滤光片组(9)、拉曼成像透镜(10)、光纤转接件(11)、单模光纤(12)后，被拉曼探测器(13)接收得到拉曼探测信号；光纤转接件(11)上的光纤端面起到共焦针孔的作用；