[发明专利]一种高空间分辨共焦拉曼光谱探测方法与装置

摘要

本发明属于光学显微成像及光谱测量技术领域，涉及一种高空间分辨共焦拉曼光谱探测方法与装置。该方法与装置在光谱探测中融入共焦技术，并利用二向色分光系统（13）对瑞利光和拉曼散射光进行无损分离，利用共焦曲线（34）最大值与焦点位置精确对应的特性，通过寻找最大值来精确捕获激发光斑焦点位置的光谱信息，实现高空间分辨的光谱探测，构成一种可实现样品微区高空间分辨光谱探测的方法和装置。本发明具有定位准确，高空间分辨，光谱探测灵敏度高等优点，在生物医学、法庭取证等领域有广泛的应用前景。

主权项

一种高空间分辨共焦拉曼光谱探测方法，其特征在于：利用二向色分光系统（13）将系统收集到的散射光分离为瑞利光和拉曼散射光，瑞利光进入共焦探测系统（14）进行焦点定位，拉曼散射光进入拉曼光谱探测系统（18）进行光谱探测，利用共焦曲线（34）最大值M与焦点O位置精确对应这一特性，通过寻找最大值来精确捕获激发光斑焦点位置的光谱信息，实现高空间分辨的光谱探测，该方法的具体实现步骤如下：1）通过激发光束产生系统（1）产生激发光，经过第一分光系统（8）、物镜（10）后，聚焦在被测样品（11）上，并激发出瑞利光和载有被测样品（11）光谱特性的拉曼散射光；2）移动被测样品（11），使瑞利光及对应被测样品不同区域的拉曼散射光再次经过物镜（10），并被第一分光系统（8）反射至二向色分光系统（13），经二向色分光系统（13）分光对拉曼散射光和瑞利光进行分离；3）瑞利光被二向色分光系统（13）反射进入共焦探测系统（14），利用共焦探测系统（14）中的第一探测器（17），测得反映样品凹凸变化的强度响度相应I（ν,u），即可进行三维尺度层析成像测试，其中，v为横向归一化光学坐标，u为轴向归一化光学坐标；4）拉曼散射光经二向色分光系统（13）透射进入拉曼光谱探测系统（18），利用拉曼光谱探测系统（18）测得载有被测样品光谱特性的拉曼散射信号I（λ），即可进行光谱测试，其中λ为波长；5）将I（λ）、I（ν,u）传送到数据处理模块（30）进行数据处理，从而获得包含被测样品（11）位置信息I（ν,u）和光谱信息I（λ）的三维测量信息I（ν,u,λ）；6）使被测样品（11）沿x、y方向扫描，物镜（10）沿z方向扫描，重复上述步骤测得对应物镜焦点位置附近的一组i个包含位置信息I（ν,u）和光谱信息I（λ）的序列测量信息{Ii（λ），Ii（ν,u）}；7）利用可分辨区域δi对应的位置信息Ii（ν,u），找出对应δi区域的光谱信息Ii（λ）值，再依据v与横向位置坐标（x,y）的关系以及u与轴向位置坐标z的关系，重构反映被测物微区δi三维尺度和光谱特性的信息Ii（xi,yi,zi,λi），即实现了微区δmin的光谱探测和三维几何位置探测；8）对应最小可分辨区域δmin的三维尺度和光谱特性由下式确定： I σ min ( x , y , z , λ ) = I i ( x , y , z , λ ) | I i ( v , u ) = ( I i ( v , u ) ) max 即实现了高空间分辨共焦拉曼光谱探测。