CN118311019A - 一种激光共焦深层拉曼光谱测量方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种激光共焦深层拉曼光谱测量方法与装置，属于光谱检测技术领域。本发明包括光源***、扩束***、分光***、位于分光***反射方向的共焦探测***、位于分光***透射方向的二向色分光***、位于二向色分光***反射方向的聚焦***、被测样品，以及位于二向色分光***透射方向的深层光谱探测***，以及用于装置数据采集及处理的测控***。本发明将共焦探测和深层拉曼光谱相结合，将样品激发的拉曼散射光和瑞利光分离；利用构建的深层拉曼光谱***对的拉曼光谱进行深层光谱信息探测，利用瑞利光构建差动共焦***获取物理形貌信息，实现样品表面物理信息和内部化学信息的多维信息探测。本发明适用于生物医学、考古鉴定、刑侦等领域。
Description
技术领域
本发明属于光谱检测领域，涉及一种激光共焦深层拉曼光谱测量方法与装置。
背景技术
空间偏移拉曼光谱技术作为拉曼光谱技术的衍生技术，因在半透明/不透明样品中高达毫米甚至厘米量级的穿透深度，使拉曼光谱技术在亚表层隐藏物体探测领域得到应用。例如，研究人员采用空间偏移拉曼光谱技术穿透了10mm厚的鸡肉，探测到了隐藏在鸡肉下的乳腺癌的特征物质钙质羟基磷灰石信号，为乳腺癌早期诊断提供了一项辅助手段；采用空间偏移拉曼光谱技术成功检测到小麦种皮、糊粉层和内部的淀粉。
目前，空间偏移拉曼光谱技术的研究主要集中在如何提高空间偏移拉曼光谱技术的探测深度、如何实现空间偏移拉曼光谱探测以及如何对探测获得空间偏移拉曼光谱的数据进行处理等方面，但是并未涉及到如何提升空间偏移拉曼光谱技术探测数据的多样性。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种激光共焦深层拉曼光谱测量方法与装置，将共焦探测和空间偏移拉曼光谱相结合，实现样品表面物理信息和内部化学信息的多维信息探测。本发明具有多维度、多参数探测等优势，适用于生物医学、考古鉴定、刑侦等领域。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
本发明公开的一种激光共焦深层拉曼光谱测量方法，将样品激发的拉曼散射光和瑞利光分离，利用构建的深层拉曼光谱***对的拉曼光谱进行深层光谱信息探测，利用瑞利光构建差动共焦***获取物理形貌信息，实现样品表面物理信息和内部化学信息的多维信息探测。
本发明公开的一种激光共焦深层拉曼光谱测量方法，包括如下步骤：
步骤一、光源***产生激发光，经过扩束***准直扩束后，透过第一分光***后，被二向色分光***反射，经聚焦***聚焦在被测样品上，发生散射；
步骤二、瑞利光及拉曼散射光沿原光路返回，被二向色分光***分离；
步骤三、瑞利光被二向色分光***反射进入共焦探测***，获得共焦轴向曲线，进行形貌信息探测；
步骤四、拉曼散射光透射过二向色分光***进入深层光谱探测***，获得样品内部深层拉曼光谱信号，实现激光共焦深层拉曼光谱测量。
进一步的，深层光谱探测***用于获取表层光谱和深层光谱。
本发明公开的一种激光共焦深层拉曼光谱测量装置，用于实现的一种激光共焦深层拉曼光谱测量装置测量方法。一种激光共焦深层拉曼光谱测量装置，包括光源***、扩束***、分光***、位于分光***反射方向的共焦探测***、位于分光***透射方向的二向色分光***、位于二向色分光***反射方向的聚焦***、被测样品，及位于二向色分光***透射方向的深层光谱探测***，以及用于装置数据采集及处理的测控***。
光源***产生激发光，经过扩束***准直扩束后，透过第一分光***后，被二向色分光***反射，经聚焦***聚焦在被测样品上，发生散射。
瑞利光及拉曼散射光沿原光路返回，被二向色分光***分离。
瑞利光被二向色分光***反射进入共焦探测***，获得共焦轴向曲线。
拉曼散射光透射过二向色分光***进入深层光谱探测***，获得样品内部深层拉曼光谱信号。
作为优选，深层光谱探测***的深层光谱获取方式包括基于数字微镜器件等对光束进行调制的空间偏移光谱探测方式，还可以包括基于光纤束等通过对探测器探测信号进行选择的空间偏移光谱探测方式，还可以包括其他可以实现空间偏移拉曼光谱探测的方式。
作为优选，装置还包括用于样品x/y/x单方向或多方向移动的扫描平移***。
有益效果：
本发明公开的一种激光共焦深层拉曼光谱方法与装置，将共焦探测和深层拉曼光谱相结合，将样品激发的拉曼散射光和瑞利光分离；利用构建的深层拉曼光谱***对的拉曼光谱进行深层光谱信息探测，利用瑞利光构建差动共焦***获取物理形貌信息，实现样品表面物理信息和内部化学信息的多维信息探测。
附图说明
图1为空间偏移拉曼光谱原理示意图；
图2为本发明一种激光共焦深层拉曼光谱测量方法示意图；
图3为本发明一种激光共焦深层拉曼光谱测量装置示意图；
图4为本发明一种激光共焦深层拉曼光谱测量方法与装置实施例图；
其中：1-光源***、2-扩束***、3-第一会聚镜、4-第二会聚镜、5-分光***、6-二向色分光***、7-聚焦***、8-被测样品、9-扫描平移***、10-共焦探测***、11-第三会聚镜、12-针孔、13-探测器、14-深层光谱探测***、15-第四会聚镜、16-光纤束、17-第五会聚镜、18-第六会聚镜、19-光谱探测***、20-测控***、21-共焦轴向响应曲线。
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。
本发明的基本思想是利用共焦探测技术和深层拉曼光谱技术相结合，实现样品表面物理信息和内部化学信息的多维信息探测。
实施例
如图2所示，本实施例公开的一种激光共焦深层拉曼光谱测量方法，其将样品激发的拉曼散射光和瑞利光分离，利用构建的深层拉曼光谱***对的拉曼光谱进行深层光谱信息探测，利用瑞利光构建差动共焦***获取物理形貌信息，实现样品表面物理信息和内部化学信息的多维信息探测。
如图3所示，本实施例公开的一种激光共焦深层拉曼光谱测量装置，包括光源***1、扩束***2、分光***5、位于分光***反射方向的共焦探测***10、位于光***5透射方向的二向色分光***6，位于二向色分光***6反射方向的聚焦***7、被测样品8，及位于二向色分光***6透射方向的深层光谱探测14，以及用于装置数据采集及处理的测控***20。
如图4所示，本实施例公开的一种激光共焦深层拉曼光谱测量装置，其光源***1采用激光器，聚光***7采用物镜；
扩束***2包括第一会聚镜3和第二会聚镜4；
共焦探测***10包括第三会聚镜11、位于距第三会聚镜11焦点位置处的针孔12、及探测器13；
深层光谱探测***14包括第四会聚镜15、光纤束16、第五会聚镜17、第六会聚镜18和光谱探测***19。
本实施例公开的一种激光共焦深层拉曼光谱测量方法，具体实施步骤如下：
步骤一、激光器1发出的光束经第一会聚镜3和第二会聚镜4准直扩束，透射过分光镜5，被二向色分光镜6反射后，经物镜7聚焦照射到被测样品8上，并激发出瑞利光和拉曼散射光，并沿原光路返回；
步骤二、瑞利光被二向色分光镜6、分光镜5反射后进入共焦探测***10，经第三会聚镜11会聚后透射过位于焦点位置的针孔12，被探测器13接收，获得共焦轴向响应曲线21，经过测控模块26处理后获取***焦点位置及样品表面物理信息。
步骤三、拉曼散射光谱透射过二向色分光镜6后进入深层光谱探测***14，经第四会聚镜15会聚被光纤束16接收，经第五会聚镜17和第六会聚镜18会聚进入光谱仪19，进行空间偏移光谱信号探测，其中光纤束18入口端排列成图所示的同心圆环形状，圆环半径决定了空间偏移量的值，通过选取不同圆环半径处的光谱信息，即可获取深层拉曼光谱信号；
步骤四、利用扫描平移台9，移动样品位置，重复步骤一至三，即可实现样品表面形貌和深层拉曼光谱信息的成像测量。
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 (7)
1.一种激光共焦深层拉曼光谱测量方法，其特征在于：将样品激发的拉曼散射光和瑞利光分离，利用构建的深层拉曼光谱***对的拉曼光谱进行深层光谱信息探测，利用瑞利光构建差动共焦***获取物理形貌信息，实现样品表面物理信息和内部化学信息的多维信息探测。
2.根据权利要求1所述的一种激光共焦深层拉曼光谱测量方法，其特征在于：包括如下步骤，
步骤一、光源***(1)产生激发光，经过扩束***(2)准直扩束后，透过第一分光***(5)后，被二向色分光***(6)反射，经聚焦***(7)聚焦在被测样品(8)上，发生散射；
步骤二、瑞利光及拉曼散射光沿原光路返回，被二向色分光***(6)分离；
步骤三、瑞利光被二向色分光***(6)反射进入共焦探测***(10)，获得共焦轴向曲线(21)，进行形貌信息探测；
步骤四、拉曼散射光透射过二向色分光***(6)进入深层光谱探测***(19)，获得样品内部深层拉曼光谱信号，实现激光共焦深层拉曼光谱测量。
3.根据权利要求2所述的一种激光共焦深层拉曼光谱测量方法，其特征在于：深层光谱探测***(19)具有获取表层光谱和深层光谱的功能。
4.一种激光共焦深层拉曼光谱测量装置，用于实现如权利要求1所述的一种激光共焦深层拉曼光谱测量装置测量方法，其特征在于：包括光源***(1)、扩束***(2)、分光***(5)、位于分光***(5)反射方向的共焦探测***(10)、位于分光***(5)透射方向的二向色分光***(6)，位于二向色分光***(6)反射方向的聚焦***(7)、被测样品(8)，及位于二向色分光***(6)透射方向的深层光谱探测***(14)，以及用于装置数据采集及处理的测控***(20)；
光源***(1)产生激发光，经过扩束***(2)准直扩束后，透过第一分光***(5)后，被二向色分光***(6)反射，经聚焦***(7)聚焦在被测样品(8)上，发生散射；
瑞利光及拉曼散射光沿原光路返回，被二向色分光***(6)分离；
瑞利光被二向色分光***(6)反射进入共焦探测***(10)，获得共焦轴向曲线(21)；
拉曼散射光透射过二向色分光***(6)进入深层光谱探测***(19)，获得样品内部深层拉曼光谱信号。
5.根据权利要求4所述的一种激光共焦深层拉曼光谱测量装置，其特征在于：深层光谱探测***(19)包括数字微镜器件，基于数字微镜器件对光束进行调制，实现空间偏移光谱探测。
6.根据权利要求5所述的一种激光共焦深层拉曼光谱测量装置，其特征在于：深层光谱探测***(19)还包括数字微镜器件，基于数字微镜器件对光束进行调制，实现空间偏移光谱探测。
7.根据权利要求4所述的一种激光共焦深层拉曼光谱测量装置，其特征在于：还包括用于样品x/y/x单方向或多方向移动的扫描平移***(9)。
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