CN104990908B - 激光双轴共焦诱导击穿‑拉曼光谱成像探测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于光谱测量及成像技术领域，涉及一种激光双轴共焦诱导击穿光谱‑拉曼光谱成像探测方法及装置，可用于样品的微区组分与形态参数的高空间分辨成像与探测。该方法与装置利用激光诱导击穿光谱探测样品组分的元素组成信息；利用拉曼光谱探测样品的化学键与分子结构信息；利用双轴共焦技术探测样品表面形貌信息，双轴结构具有大视场、大工作距的优势，并可有效抑制背向散射影响，提高光谱探测信噪比；三者联用可实现结构共用和功能互补，实现样品的形貌和组分信息的综合测量。本发明具有高空间分辨，物质组分信息丰富和测量聚焦光斑尺寸可控等优点，在矿产、冶金、空间探测、环境监测、生物医疗等领域有广泛的应用前景。

Description

激光双轴共焦诱导击穿-拉曼光谱成像探测方法及装置

技术领域

本发明属于光谱测量及成像技术领域，涉及一种激光双轴共焦诱导击穿-拉曼光谱成像探测方法及装置，将激光共焦成像技术与光谱探测技术相结合，构成一种“图谱合一”的高分辨光谱成像与探测方法及装置，可用于样品的微区形态组分多光谱综合测试与高分辨成像。

技术背景

激光诱导击穿光谱技术(Laser Induced Breakdown Spectroscopy，简称LIBS)，是一种物质组分原位探测技术，其利用高功率密度的激光激发样品表面，产生激光诱导等离子体，通过探测激光诱导等离子体中的原子和离子谱线，来确定样品的组分组成，其突出优势是可探测原子与小分子元素组成。

自1962年诞生以来，激光诱导击穿光谱技术广泛应用于微纳制造、矿产分析、环境监测、生物医疗等多个领域，并且在2011年美国发射的“好奇号”火星车搭载的“化学与摄像机仪器***(ChemCam)”被用于对火星地表岩石样品进行远程探测，展现出其在空间物质组分探测方面的强大能力，因此继“好奇号”火星车ChemCam***之后又一次被选为金星探测用仪器，被世界多个国家航天结构广泛研究采用。

但现有的激光诱导击穿光谱技术存在以下突出问题：

1)由于利用平行激光束来照射激发样品产生等离子体，因而其仍存在激光激发光斑大、光谱探测空间分辨力不高等问题；

2)无法对分子中的化学键、分子结构等参数进行探测，其结果制约了样品物质组分信息的准确完整获取；

3)无法有效抑制背向散射光干扰，制约了***信噪比的提升，并进而限制了光谱探测分辨力的改善；

3)获得的样品组分信息无法与样品的形态信息进行结合，无法实现样品形态-组分综合信息的原位高分辨获取。

而矿产、空间物质以及生化样品的“微区”完整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、空间探测和环境检测等领域亟待研究的共性技术问题。

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，但是无法获得样品分子的化学键和分子结构信息，如何完整的获取样品分子的元素组成及分子结构信息，对于高精度分析样品的组分具有重要意义。

利用激光拉曼光谱技术可测量样品的分子激发光谱，获得样品中的化学键和分子结构信息。将激光拉曼光谱技术与激光诱导击穿光谱(LIBS)技术相结合，可以来弥补激光诱导击穿光谱技术中无法获得分子结构和化学键信息的不足。

激光双轴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，本发明提出一种激光双轴共焦诱导击穿光谱-拉曼光谱显微成像方法与装置，其创新在于：首次将具有激光双轴共焦探测光路与激光诱导击穿光谱(LIBS)技术和激光拉曼光谱探测技术相融合，可实现被测样品微区高分辨和高灵敏形貌和组分的成像与探测。

本发明提出的一种激光双轴共焦诱导击穿光谱-拉曼光谱显微成像方法与装置可为物质组分高分辨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实现物质组分与形态信息的“图谱合一”的高分辨光谱成像，提出一种激光双轴共焦诱导击穿-拉曼光谱成像探测方法及装置，以期同时获得被测样品的微区形态组分多光谱综合测试与高分辨成像。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明的双轴共焦激光诱导击穿-拉曼光谱成像探测方法，光路照明光轴与探测光轴成夹角分布，激发光照射沿照明光路照射到样品表面激发出瑞利光和载有样品组分信息的激光诱导击穿光谱和拉曼光谱，瑞利光、激光诱导击穿光谱和拉曼光谱被与照明光路成夹角的探测光路接收，经过分光一部分进入激光诱导击穿光谱探测***获得样品的元素组成信息，另一部分中的拉曼散射光透过二向色分光***进入拉曼光谱探测***获得样品的化学键和分子结构信息，瑞利光和激光诱导击穿光谱经过二向色分光***反射进入共焦探测***进行光强探测获得样品表面高度和形貌信息；激光诱导击穿光谱探测、拉曼光谱探测和激光双轴共焦形貌信息探测三者结合可实现结构共用和功能互补，实现高空间分辨的光谱成像与探测，该方法的具体实现步骤如下：

1)照明物镜与采集物镜对称分布在测量面法线两侧，并且照明光轴与测量面法线的夹角为θ₁，采集光轴与测量面法线的夹角为θ₂，以测量面法线方向为测量轴线，建立***坐标系(x,y,z)，其中θ₁＝θ₂；

2)激发光经由照明物镜聚焦到被测样品上，激发出瑞利光和载有被测样品光谱特性的拉曼光谱和激光诱导击穿光谱，被激发出的瑞利光及载有被测样品物质组分信息的拉曼光谱和激光诱导击穿光谱被反射进入采集物镜，并被采集物镜会聚到分光***，光束经分光***分光后分为透射和反射两束，透射光路进入激光诱导击穿光谱探测***获得激光诱导击穿光谱信号I(λ_L)；反射光束经过二向色分光***分光，反射光中的拉曼光谱透过二向色分光***进入拉曼光谱探测***获得拉曼光谱信号I(λ_R)，反射光束中的瑞利光和激光诱导击穿光谱被二向色分光***反射进入共焦探测***；

3)对进入共焦探测***的光信号进行光强探测，测量光束经过测量透镜会聚到点探测器上，点探测器探测会聚光斑中心区域附近光强信号，结合被测样品3的轴向移动距离得到共焦曲线，获得共焦信号I(x,y,z)，利用共焦曲线峰值点与焦点位置对应的特性，通过峰值点位置来定位激发光束焦点O位置，实现被测样品的焦点定位；

4)根据共焦信号I(x,y,z)控制激光光束准确定焦到被测样品上，重新获取被测样品的光谱信号I(λ_L)和I(λ_R)；

5)利用数据处理***将获得的共焦信号I(x,y,z)、光谱信号I(λ_L)和I(λ_R)进行数据融合处理，以获得样品的形貌信息和物质组分信息的四维测量信息I(x,y,z,λ_L,λ_R)；

6)完成上述步骤后，控制光束对被测样品进行扫描探测，对被测样品表面下一个点重复步骤2)、3)、4)、5)直至扫描完成；

7)单独处理共焦信号I(x,y,z)时，获得被测样品的高空间分辨的三维形貌信息；单独处理拉曼光谱信号I(λ_R)时，获得被测样品的化学键和分子结构信息；单独处理激光诱导击穿光谱信号I(λ_L)时，获得被测样品的元素组成信息；同时处理共焦信号I(x,y,z)、光谱信号I(λ_L)和I(λ_R)时，获得被测样品的高空间分辨形貌及微区物质组分“图谱合一”的成像探测。

本发明中共焦探测***中的点探测器还可以是图像采集***，数据处理***从图像采集***上获取焦斑图案后，计算出此时焦斑图案的中心位置，并取焦斑图案中心附近区域进行光强探测，构成共焦虚拟针孔，当被测样品进行轴向扫描移动时，数据处理***计算出共焦虚拟针孔范围内像素灰度总和，得到共焦轴向强度响应。

本发明中为压缩测量聚焦光斑尺寸并提高***横向分辨力，所述激发光束是偏振光束；或是由光瞳滤波技术生成的结构光束。

本发明中方法还可以探测荧光、康普顿散射光等散射光谱。

本发明提供一种双轴共焦激光诱导击穿-拉曼光谱成像探测装置，包括光源，照明物镜和采集物镜，其特征在于：还包括准直扩束镜，光束扫描***，分光***，二向色分光***、共焦探测***、拉曼光谱探测***和激光诱导击穿光谱探测***；其中，照明物镜和采集物镜对称地布局在测量面法线两侧，照明光轴与测量面法线的夹角为θ₁，采集光轴与测量面法线的夹角为θ₂，其中θ₁＝θ₂，准直扩束镜、光束扫描***和照明物镜依次放在光源的出射光线方向，采集物镜和分光***依次放在被测样品的反射光线方向，激光诱导击穿光谱探测***放在二向色分光装置透射方向，二向色分光***和拉曼光谱探测***放置在分光***的反射方向，共焦探测***放置在向色分光***的反射方向。

本发明装置中为提高***横向分辨力，***还可在准直扩束镜和照明物镜之间加入照明端光瞳滤波器，或者在二向色性分光***和测量透镜之间加入采集端光瞳滤波器，或者在准直扩束镜和照明物镜之间以及二向色分光***和测量透镜之间同时加入照明端光瞳滤波器和采集端光瞳滤波器。

本发明装置中为提高***横向分辨力，还可在准直扩束镜和光束扫描***之间加入偏振调制***，或者在照明物镜和照明端光瞳滤波器之间加入偏振调制***。

本发明装置中共焦探测***的探测装置可以是点探测器或者是CCD探测器。

本发明装置中还包括最后进行数据融合处理的数据处理***。

本发明装置中拉曼光谱探测***可以是共焦光谱探测装置，包括第一聚光镜、位于第一聚光镜焦点处的针孔、第二聚光镜、位于第二聚光镜焦点处的光谱仪及光谱仪后的第二探测器；还可以是普通光谱探测装置，包括第二聚光镜、位于第二聚光镜焦点处的光谱仪及光谱仪后的第二探测器；激光诱导击穿光谱探测***包括激光诱导击穿聚光镜，位于激光诱导击穿聚光镜焦点位置的针孔，针孔后的光谱仪和第三探测器。

有益效果

本发明方法，对比已有技术具有以下创新点：

1)本发明将激光双轴共焦技术与光谱探测技术有机结合，融合了激光双轴共焦技术的高精度轴向跟踪定焦能力，可对样品进行精确定焦保证聚焦激发光斑最小，进而获得样品最小激发聚焦光斑区域的光谱参数，实现样品微区光谱的高空间分辨探测，这是区别于现有光谱探测技术的创新点之一；

2)本发明通过合理设计能够对蕴含不同信息的拉曼散射光谱和激光诱导击穿光谱同时进行探测，实现结构共用和功能互补，实现了对样品元素组成和化学键及分子结构的高分辨探测，获得样品物质组分的综合信息，这是区别于现有光谱探测技术的创新点之二；

3)将激光双轴共焦显微***与光谱成像***在结构和功能上相融合，既可实现样品微区几何相貌的成像观察，又可实现样品微区的光谱探测，即同时实现微尺度层析成像、图谱层析成像和光谱测试等多种成像模式，这是区别于现有光谱探测技术的创新点之三；

4)激光双轴结构可以有效避免激发光束背向散射引入的***杂散光，降低光谱探测噪声，提高探测信噪比和光谱分辨力，这是区别于现有光谱探测技术的创新点之四；

本发明方法具有如下特点：

1)融合激光双轴共焦技术和光谱探测技术，利用共焦***对焦点的精确定位，大幅提高光谱探测的空间分辨力；

2)可通过激光诱导击穿光谱与激光拉曼光谱联用，实现激发和探测结构的共用和功能的互补，获得样品组分的元素组成、化学键以及分子结构等综合信息；

3)采用双轴结构斜入射的方式照明和探测，有效抑制了样品背向散射光的干扰，提高了光谱探测信噪比；

4)双轴共焦结构可以利用小数值孔径物镜实现高分辨力轴向定焦，兼顾量程范围与分辨能力；

附图说明

图1为激光双轴共焦诱导击穿-拉曼光谱成像探测方法示意图；

图2为激光双轴共焦诱导击穿-拉曼光谱成像探测装置示意图；

图3为带偏振调制的激光双轴共焦诱导击穿-拉曼光谱成像探测装置示意图；

图4为具有探测焦斑放大***的激光双轴共焦诱导击穿-拉曼光谱成像探测装置示意图；

图5为激光双轴共焦诱导击穿-拉曼光谱成像探测方法与装置实施例示意图；

其中，1-光源，2-照明物镜，3-被测样品，4-照明光轴，5-测量面法线，6-θ₁，7-采集物镜，8-分光***，9-测量透镜，10-焦斑放大***，11-点探测器，12-共焦虚拟针孔，13-测量光轴，14-共焦拉曼曲线，15-共焦探测***，16-焦斑图案，17-第一聚光镜，18-针孔，19-拉曼光谱探测***，20-采集光轴，21-数据处理***，22-第二聚光镜，23-光谱仪，24-探测器，25-准直扩束***，26-光束扫描***，27-共焦曲线，28-照明端光瞳滤波器，29-偏振调制***，30-采集端光瞳滤波器，31-θ₂，32-二向色分光***，33-激光诱导击穿光谱探测***，34-激光诱导击穿光谱采集光轴，35-激光诱导击穿光谱聚光镜，36-针孔，37-光谱仪，38-探测器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例

本实施例中，光源1为激光器，图像放大***10为放大物镜，图像采集***11为CCD探测器，数据处理***21为计算机，探测器24为CCD探测器，偏振调制***29为径向偏振光产生器，二向色分光***32为Notch filter。

如图1、图2和图5所示，照明物镜2与采集物镜7对称分布在测量面法线5两侧，并且照明光轴4与测量面法线5的夹角为θ₁6，采集光轴20与测量面法线5的夹角为θ₂31，其中θ₁＝θ₂，双轴共焦激光诱导击穿-拉曼光谱测量方法，其测量步骤是：

首先，激光器1发出的光束经准直扩束***25后，进行扩束出射后成为与照明物镜2入瞳直径相等的平行光，经过径向偏振光产生器29后成为径向偏振光，径向偏振光经照明端光瞳滤波器28后光束被调制，经过光束扫描***26后被照明物镜2形成压缩光斑聚焦被测样品3表面，并激发出瑞利光和载有被测样品3光谱特性的拉曼散射光和激光诱导击穿光谱，被测样品3可通过增强光谱纳米粒子等光谱增强技术进行处理，以提高散射光的强度。

轴向(即图中z向)移动被测样品3，使瑞利光及对应被测样品3不同区域的拉曼散射光谱和激光诱导击穿光谱被反射进入采集物镜7，经过采集物镜7收集的光束被分光***8进行分光，其中透射光束进入激光诱导击穿光谱探测***33，反射光被Notch filter 32再次分光，其中拉曼散射光透射过Notch filter32进入拉曼光谱探测***19，瑞利光和激光诱导击穿光谱被Notch filter32反射至共焦探测***15。

进入激光诱导击穿光谱探测***33的光束被激光诱导击穿光谱聚光镜35会聚透过针孔36进入光谱仪37，最后被探测器38接收获得被测样品3的激光诱导击穿光谱I(λ_L)(λ为波长)；

进入拉曼光谱探测***19的拉曼散射光被第一聚光镜17会聚到针孔18，经过第二聚光镜22会聚进入光谱仪23，最后入射到CCD探测器24，获得被测样品3的拉曼光谱I(λ_R)(λ为波长)，如共焦拉曼曲线14所示；

进入共焦探测***15的光束经过采集端光瞳滤波器30调制后，进入共焦探测***15，经测量透镜9进行会聚，会聚光斑经过放大物镜10放大并成像在CCD探测器11上；

计算机21从CCD探测器11上获取焦斑图案16后，计算出此时焦斑图案16的中心，以此中心作为坐标原点，建立CCD像面上的坐标系(x_d′,y_d′)，在原点处设置一个圆形共焦虚拟针孔12对焦斑图案16进行探测；当被测样品3进行扫描时，计算机21计算出共焦虚拟针孔12范围内像素灰度总和，得到共焦强度响应I(x,y,z)，如共焦曲线27所示,通过共焦曲线27的“极值点”来获得样品表面的高度信息，重构出被测样品3的表面三维形貌。

依据共焦曲线27的极值点与***焦点精确对应的特性，精确获得***焦点位置，将被测样品3移动至焦点O位置，重新获取焦点O位置的光谱信号I(λ_R)和I(λ_L)。

完成上述步骤后，对被测样品3进行横向扫描(即图中的x、y方向)，移动到下一个点后，重复上述步骤获得被测样品3的下一点共焦强度响应I(x,y,z)和光谱信号I(λ_R)、I(λ_L)。

将I(λ_R)和I(λ_L)、I(x,y,z)传送到计算机21进行数据处理，从而获得包含被测样品3形貌信息和光谱信息的四维测量信息I(x,y,z,λ_R,λ_L)。

只对接收瑞利光的共焦探测***15获得探测光斑进行处理得到共焦响应I(x,y,z)，通过其“极值点”精确捕获激发光斑的焦点位置，***可以进行高空间分辨的三维尺度层析成像；只对接收拉曼散射光的拉曼光谱探测***19获得的光谱响应I(λ_R)14进行处理时，***可以进行拉曼光谱探测；只对接激光诱导击穿光谱的激光诱导击穿光谱探测***33获得的光谱响应I(λ_L)进行处理时，***可以进行激光诱导击穿光谱探测；同时对接收瑞利光的CCD探测器11获得的共焦响应I(x,y,z)、拉曼散射光的拉曼光谱探测***19获得的光谱信号I(λ_R)和激光诱导击穿光谱的激光诱导击穿光谱探测***33获得的光谱响应I(λ_L)进行处理时，***可以的到反映样品3形貌和组分的综合信息，即实现被测样品3形貌信息和光谱信息的高空间分辨的“图谱合一”探测效果。

如图5所示，双轴共焦激光诱导击穿-拉曼光谱测量装置包括沿光路依次放置的激光器1、准直扩束***25、径向偏振光产生器29、照明端光瞳滤波器28、光束扫描***26、照明物镜2、被测样品3，及光路反射方向的采集物镜7、分光***8、位于分光***8透射方向的激光诱导击穿光谱探测***33；位于分光***8反射方向的Notch filter 32、拉曼光谱探测***19，位于Notch filter 32反射方向的共焦探测***15，及连接共焦探测***15、拉曼光谱探测***19和激光诱导击穿光谱探测***33的计算机21；其中，拉曼光谱探测***19包括沿光路依次放置的第一聚光镜17、位于第一聚光镜17焦点位置的针孔18、位于针孔18后的第二聚光镜22、位于第二聚光镜22焦点位置的光谱仪23及位于光谱仪后的CCD探测器24；激光诱导击穿光谱探测***33包括沿光路依次放置的激光诱导击穿光谱聚光镜35、位于激光诱导击穿光谱聚光镜35焦点位置的针孔36、位于针孔36后的光谱仪37以及位于光谱仪37后的探测器38；共焦探测***15包括位于测量透镜9焦点处的放大物镜10，及位于放大物镜10焦点处的CCD探测器11。

在图2中的准直扩束装置25与照明物镜2中添加径向偏振光产生器29、光束扫描***26、照明端光瞳滤波器28，在Notch filter32与测量透镜9之间添加采集端光瞳滤波器30，即构成图3，添加径向偏振光产生器29、照明端光瞳滤波器28、采集端光瞳滤波器30用于对光束进行结构和偏振态调制，提高横向分辨力。

如图4所示，在图2的共焦探测***15中增加焦斑放大***10放大测量透镜9聚焦形成的艾利斑，便于利用CCD探测器11接收。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.激光双轴共焦诱导击穿-拉曼光谱成像探测方法，其特征在于：光路照明光轴与探测光轴成夹角分布，激发光照射沿照明光路照射到样品表面激发出瑞利光和载有样品组分信息的激光诱导击穿光谱和拉曼光谱，瑞利光、激光诱导击穿光谱和拉曼光谱被与照明光路成夹角的探测光路接收，经过分光一部分进入激光诱导击穿光谱探测***获得样品的元素组成信息，另一部分中的拉曼散射光透过二向色分光***进入拉曼光谱探测***获得样品的化学键和分子结构信息，瑞利光和激光诱导击穿光谱经过二向色分光***反射进入共焦探测***进行光强探测获得样品表面高度和形貌信息；激光诱导击穿光谱探测、拉曼光谱探测和激光双轴共焦形貌信息探测三者结合可实现结构共用和功能互补，实现高空间分辨的光谱成像与探测，该方法的具体实现步骤如下：

1)照明物镜(2)与采集物镜(7)对称分布在测量面法线(5)两侧，并且照明光轴(4)与测量面法线(5)的夹角为θ₁(6)，采集光轴(20)与测量面法线(5)的夹角为θ₂(31)，以测量面法线(5)方向为测量轴线，建立***坐标系(x,y,z)，其中θ₁＝θ₂；

2)激发光经由照明物镜(2)聚焦到被测样品(3)上，激发出瑞利光和载有被测样品光谱特性的拉曼光谱和激光诱导击穿光谱，被激发出的瑞利光及载有被测样品(3)物质组分信息的拉曼光谱和激光诱导击穿光谱被反射进入采集物镜(7)，并被采集物镜(7)会聚到分光***(8)，光束经分光***(8)分光后分为透射和反射两束，透射光路进入激光诱导击穿光谱探测***(33)获得激光诱导击穿光谱信号I(λ_L)；反射光束经过二向色分光***(32)分光，反射光中的拉曼光谱透过二向色分光***(32)进入拉曼光谱探测***(19)获得拉曼光谱信号I(λ_R)，反射光束中的瑞利光和激光诱导击穿光谱被二向色分光***(32)反射进入共焦探测***(15)；

3)对进入共焦探测***(15)的光信号进行光强探测，测量光束经过测量透镜(9)会聚到点探测器(11)上，点探测器(11)探测会聚光斑中心区域附近光强信号，结合被测样品(3)的轴向移动距离得到共焦曲线(27)，获得共焦信号I(x,y,z)，利用共焦曲线峰值点与焦点位置对应的特性，通过峰值点位置来定位激发光束焦点O位置，实现被测样品的焦点定位；

4)根据共焦信号I(x,y,z)控制激光光束准确定焦到被测样品(3)上，重新获取被测样品(3)的光谱信号I(λ_L)和I(λ_R)；

5)利用数据处理***(21)将获得的共焦信号I(x,y,z)、光谱信号I(λ_L)和I(λ_R)进行数据融合处理，以获得样品的形貌信息和物质组分信息的四维测量信息I(x,y,z,λ_L,λ_R)；

6)完成上述步骤后，控制光束对被测样品(3)进行扫描探测，对被测样品(3)表面下一个点重复步骤2)、3)、4)、5)直至扫描完成；

7)单独处理共焦信号I(x,y,z)时，获得被测样品(3)的高空间分辨的三维形貌信息；单独处理拉曼光谱信号I(λ_R)时，获得被测样品(3)的化学键和分子结构信息；单独处理激光诱导击穿光谱信号I(λ_L)时，获得被测样品(3)的元素组成信息；同时处理共焦信号I(x,y,z)、光谱信号I(λ_L)和I(λ_R)时，获得被测样品(3)的高空间分辨形貌及微区物质组分“图谱合一”的成像探测。

2.根据权利要求1所述的激光双轴共焦诱导击穿-拉曼光谱成像探测方法，其特征在于：共焦探测***(15)中的点探测器(11)还可以是图像采集***，数据处理***(21)从图像采集***上获取焦斑图案(16)后，计算出此时焦斑图案(16)的中心位置，并取焦斑图案(16)中心附近区域进行光强探测，构成共焦虚拟针孔(12)，当被测样品(3)进行轴向扫描移动时，数据处理***(21)计算出共焦虚拟针孔(12)范围内像素灰度总和，得到共焦轴向强度响应。

3.根据权利要求1所述的激光双轴共焦诱导击穿-拉曼光谱成像探测方法，其特征在于：为压缩测量聚焦光斑尺寸并提高***横向分辨力，所述激发光束是偏振光束；或是由光瞳滤波技术生成的结构光束。

4.根据权利要求1所述的激光双轴共焦诱导击穿-拉曼光谱成像探测方法，其特征在于：该方法还可以探测荧光、康普顿散射光。

5.激光双轴共焦诱导击穿-拉曼光谱成像探测装置，包括光源(1)，照明物镜(2)和采集物镜(7)，其特征在于：还包括准直扩束镜(25)，光束扫描***(26)，分光***(8)，二向色分光***(32)、共焦探测***(15)、拉曼光谱探测***(19)和激光诱导击穿光谱探测***(33)；其中，照明物镜(2)和采集物镜(7)对称地布局在测量面法线(5)两侧，照明光轴(4)与测量面法线(5)的夹角为θ₁(6)，采集光轴(20)与测量面法线(5)的夹角为θ₂(31)，其中θ₁＝θ₂，准直扩束镜(25)、光束扫描***(26)和照明物镜(2)依次放在光源(1)的出射光线方向，采集物镜(7)和分光***(8)依次放在被测样品(3)的反射光线方向，激光诱导击穿光谱探测***(33)放在分光***(8)透射方向，二向色分光***(32)和拉曼光谱探测***(19)放置在分光***(8)的反射方向，共焦探测***(15)放置在二向色分光***(32)的反射方向。

6.根据权利要求5所述的激光双轴共焦诱导击穿-拉曼光谱成像探测装置，其特征在于：为提高***横向分辨力，***还可在准直扩束镜(25)和照明物镜(2)之间加入照明端光瞳滤波器(28)，或者在二向色性分光***(32)和测量透镜(9)之间加入采集端光瞳滤波器(30)，或者在准直扩束镜(25)和照明物镜(2)之间加入照明端光瞳滤波器(28)的同时在二向色分光***(32)和测量透镜(9)之间加入采集端光瞳滤波器(30)。

7.根据权利要求5或6所述的激光双轴共焦诱导击穿-拉曼光谱成像探测装置，其特征在于：为提高***横向分辨力，还可在准直扩束镜(25)和光束扫描***(26)之间加入偏振调制***(29)，或者在照明物镜(2)和照明端光瞳滤波器(28)之间加入偏振调制***(29)。

8.根据权利要求5或6所述的激光双轴共焦诱导击穿-拉曼光谱成像探测装置，其特征在于：共焦探测***(15)的探测装置可以是点探测器或者是CCD探测器。

9.根据权利要求5所述的激光双轴共焦诱导击穿-拉曼光谱成像探测装置，其特征在于：还包括最后进行数据融合处理的数据处理***(21)。

10.根据权利要求5或6所述的激光双轴共焦诱导击穿-拉曼光谱成像探测装置，其特征在于：拉曼光谱探测***(19)可以是共焦光谱探测装置，包括第一聚光镜(17)、位于第一聚光镜焦点处的针孔(18)、第二聚光镜(22)、位于第二聚光镜(22)焦点处的光谱仪(23)及光谱仪(23)后的第二探测器(24)；还可以是普通光谱探测装置，包括第二聚光镜(22)、位于第二聚光镜(22)焦点处的光谱仪(23)及光谱仪(23)后的第二探测器(24)；激光诱导击穿光谱探测***(33)包括激光诱导击穿聚光镜(35)，位于激光诱导击穿聚光镜(35)焦点位置的针孔(36)，针孔(36)后的光谱仪(37)和第三探测器(38)。