[发明专利]后置分光瞳激光共焦LIBS光谱显微成像方法与装置

说明书

本发明公开的后置分光瞳激光共焦LIBS光谱显微成像方法与装置，属于共焦显微成像和光谱成像测量技术领域。本发明将后置分光瞳激光共焦显微成像技术与激光诱导击穿光谱探测技术结合，利用经超分辨技术处理的后置分光瞳共焦显微镜的微小聚焦光斑对样品进行高空间分辨形态成像，利用光谱探测系统对聚焦光斑激发激光诱导击穿光谱进行微区光谱探测，利用LIBS光谱探测和后置分光瞳共焦探测结构融合实现样品微区完整组分信息与形态参数的高空间分辨和高灵敏成像与探测。本发明可为生物医学、材料科学等领域物质组分及形态成像探测提供一条全新的有效技术途径。

技术领域

本发明属于共焦显微成像技术和光谱成像技术技术领域，将后置分光瞳激光共焦显微成像技术与激光诱导击穿光谱成像技术相结合，涉及一种后置分光瞳激光共焦LIBS光谱显微成像方法与装置，在生物医学、材料科学、物理化学、矿产、微纳制造等领域有广泛的应用前景。

背景技术

激光诱导击穿光谱的强脉冲激光聚焦到样品表面会使样品离子化，可激发样品产生等离子体，通过探测等离子体能量衰退辐射出的光谱可获取样品的原子及小分子元素组成信息，是一种有力的样品组份探测技术手段。。

但现有光谱探测技术存在以下突出问题：

1)由于利用简单的激光聚焦来解吸电离样品，因而其仍存在激光聚焦光斑大、探测空间分辨力不高等问题；

2)拉曼光谱成像所需时间长，聚焦光斑轴向位置相对被测样品常发生漂移问题；

而矿产、空间物质以及生物样品的“微区”形貌和组分信息的准确获取对于科学研究和生产检测都具有极其重要的意义。事实上，如何高灵敏地探测微区成分信息是目前矿产分析、生化检测等领域亟待研究的重要技术问题。

后置分光瞳激光共焦技术利用照明与探测光路非共路结构进行探测，不仅显著提高了光路的轴向分辨力和定焦精度，实现样品形貌的高分辨成像探测，而且可以有效抑制背向散射干扰，提高光谱探测信噪比。

基于此，本发明提出一种后置分光瞳激光共焦LIBS光谱显微成像方法与装置，其创新在于：首次将具有高空间分辨能力的后置分光瞳激光共焦显微技术与激光诱导击穿光谱(LIBS)技术相融合，可实现被测样品微区高空间分辨和高灵敏形貌、组分的成像与探测。

本发明一种后置分光瞳激光共焦LIBS光谱显微成像方法与装置可为生物医学、材料科学、物理化学、矿产、微纳制造等领域的形貌、组分成像探测提供一个全新的有效技术途径。

发明内容

本发明的目的是为了提高光谱成像的空间分辨能力、抑制成像过程中聚焦光斑相对样品的漂移，提出一种后置分光瞳激光共焦LIBS光谱显微成像方法与装置，以期同时获得被测对象微区形貌信息和组分信息。本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明的后置分光瞳激光共焦LIBS光谱显微成像方法，利用高空间分辨共焦显微系统的聚焦光斑对样品进行轴向定焦与成像，利用激光诱导击穿光谱探测系统对后置分光瞳激光共焦显微系统聚焦光斑解吸电离样品而产生的等离子体发射光谱进行探测，然后再通过探测数据信息的融合与比对分析继而实现被测样品微区高空间分辨和高灵敏形貌、组分的成像与探测，包括以下步骤：

步骤一、光源系统经过准直透镜准直为平行光束，平行光束通过压缩聚焦光斑系统、经分光棱镜透射、二向色镜A反射并由测量物镜聚焦到被测样品上；

步骤二、使计算机控制精密三维工作台带动被测样品沿测量面法线方向在测量物镜焦点附近上下移动，经被测样品反射光线经过二向色镜A反射形成返回光束、返回光束经过分光棱镜反射后，经后置光瞳中的收集光瞳、探测物镜、中继放大透镜，汇聚透过针孔后被光强探测器接收，经过光强信号处理器得到后置分光瞳激光共焦轴向强度曲线：

步骤三、利用后置分光瞳激光共焦轴向强度曲线能够精确定位被测样品该点轴向高度信息；