用于观察以及用于测量拉曼散射的设备和方法与流程

本发明涉及拉曼光谱测定法领域。更确切地，本发明涉及用于拉曼光谱仪的观测设备和方法。

背景技术：
由于激光源的到来，拉曼光谱学已知快速扩张并且在从基础研究到工艺控制的工业应用的各种领域中找到了当今的应用。拉曼光谱学基于多原子结构、分子结构或离子结构(在气体的情况下基于旋转态)的振荡态之间的跃迁的测量，而无论样品的物理状态如何(气体、液体、非晶或结晶固体)。被单色光源(激光)照射的样品散射不再是单色而具有各种频率的散射带的光。因此，所获得的光谱由三个散射源构成：瑞利(Rayleigh)(弹性散射)、斯托克斯(斯托克斯)和反斯托克斯(anti-斯托克斯)散射(非弹性散射)带。每个样品的拉曼频率是特定的并与激光频率无关。因此拉曼光谱学允许对固体、液体、粉末或气体进行非破坏性的化学分析。近来，光学部件的小型化使得可能将拉曼光谱测定法与标准的光学显微镜法相结合，从而允许以测微空间分辨率分析样品。激励激光束通常被物镜或光学透镜聚焦。各种拉曼光谱测定设备具有允许照射样品并且在屏幕上形成样品图像的观测系统。观测系统通常基于测量仪器的光路上的白光源(常规的灯)、观测相机和可伸缩光学部件(诸如半透明板)的使用。观测设备的设置允许在测量之前在样品上进行聚焦，例如这归功于自动聚焦系统。在这种设备中，为了通过拉曼光谱测定法对样品进行测量，必须从光路移除照明和观测设备，例如，通过收回半透明板使其离开光路。然而，这种设备难以操纵。实际上，使用可伸缩光学部件意味着产生运动模糊风险的机械运动。然而，当通过观测系统和通过拉曼测量系统观测样品时，光学机械运动的非再现性将导致样品上不同的焦点。在某些应用中，期望根据时间执行样品的监测，并且可以在一系列拉曼测量期间观测样品证明是有用的。在某些特定应用中，甚至有必要与测量同时在样品上聚焦或调整样品上的焦点。然而，在拉曼测量期间使用照明设备可能干扰拉曼信号的测量。首先，激励激光可能产生向着观测相机的干扰光，该干扰光可能使所述相机的传感器饱和并且阻止样品的正确观测。此外，在光路上诸如半透明板的另外的光学部件的永久存在，必然导致所检测的拉曼信号减小。最后，照明源有可能不仅在样品上而且在设备的内部部件上产生干扰散射光，因此干扰了拉曼信号的测量。此外，测量拉曼信号的难度本质上来源于相比于瑞利散射的强度拉曼散射的强度很低。因此，使用当前的系统不可以同时执行拉曼测量和样品的观测。

技术实现要素：
本发明的目的之一是提供观测和拉曼光谱测定设备和方法。本发明的一个目的是提供同时观测样品和通过拉曼光谱测定法测量样品的设备和方法。本发明的目的在于消除这些缺陷，并且更具体地，本发明涉及用于拉曼光谱测定以及用于观测样品的光学设备，所述设备包括：-光学叠加装置，其适于放置在激励激光束的光路上和观测束的光路上，以便形成向着样品的组合的激励和观测入射束，所述激励激光束具有以波长λ0为中心的光谱带B0，所述观测束具有与所述激光的光谱带B0不同且与待测量的拉曼散射束的光谱带BR不同的光谱带BV；-光学分离装置，其适于放置在来自样品上的所述组合的激励和观测入射束的散射的收集束的路径上，所述光学分离装置包括：i.第一滤波装置，其适于将所述收集束空间分离成第一和第二次级束，所述第一次级束包括选自所述激光的光谱带B0、所述观测束的光谱带BV以及所述拉曼散射束的光谱带BR的光谱带，所述第二次级束包括所述激光的光谱带B0、所述观测束的光谱带BV以及所述拉曼散射束的光谱带BR中的两个其它剩余的光谱带；ii.第二滤波装置，其放置在所述第二次级束的路径上并且适于将所述第二次级束空间分离成第一和第二三级束，所述第一和第二三级束每一个分别包括所述激光的光谱带B0、所述观测束的光谱带BV以及所述拉曼散射束的光谱带BR中的所述两个剩余光谱带中的一个。根据本发明的特定实施例，所述光学叠加装置与所述第一滤波装置合并。根据本发明的特定实施例，所述光学叠加装置与所述第二滤波装置合并。根据本发明的各种特定方面，所述光学叠加装置包括：-适于反射具有光谱带B0的所述激励激光束以及透射具有光谱带BV的所述观测束的光学滤波器；-适于透射具有光谱带B0的所述激励激光束以及反射具有光谱带BV的所述观测束的光学滤波器；-所述第一滤波装置包括适于反射所述第一次级束并且透射所述第二次级束的光学滤波器；-所述第一滤波装置包括适于透射所述第一次级束并且反射所述第二次级束的光学滤波器；-所述第二滤波装置包括适于反射所述第一三级束并且透射所述第二三级束的光学滤波器；-所述第二滤波装置包括适于透射所述第一三级束并且反射所述第二三级束的光学滤波器；-在高通、低通、带通或陷波滤波器中选择所述光学滤波器；-所述激光的光谱带B0、所述观测束的光谱带BV以及所述拉曼散射束的斯托克斯线的光谱带BR以波长限定为：BV<B0<BR-所述激光的光谱带B0、所述观测束的光谱带BV以及所述拉曼散射束的斯托克斯线的光谱带BR以波长限定为：B0<BR<BV-所述激光的光谱带B0、所述观测束的光谱带BV以及所述拉曼散射束的反斯托克斯线的光谱带BR以波长限定为：BV<BR<B0-所述激光的光谱带B0、所述观测束的光谱带BV以及所述拉曼散射束的反斯托克斯线的光谱带BR以波长限定为：BR<B0<BV。根据一个优选实施例，本发明的设备还包括:至少一个激励激光源，其适于产生具有以波长λ0为中心的光谱带B0的激励激光束；观测光源，其适于产生具有与所述激光的光谱带B0不同的光谱带BV的观测束；观测装置，其适于检测处于所述光谱带BV中的收集束；检测装置，其适于检测处于所述光谱带BR中的拉曼散射束，以及适于向着所述样品引导所述组合的激励和观测入射束的光学系统；适于向着所述观测装置引导具有光谱带BV的所述次级或三级束的光学系统；以及适于向着所述检测装置引导处于光谱带BR中的所述次级或三级拉曼散射束的光学系统。根据本发明的又一个实施例，所述激励激光束包括至少一个以波长λ'0为中心的第二光谱带B'0，所述激励光谱带B0和B'0不同于所述观测光谱带BV(2)，所述激励激光束(1)适于产生包括拉曼散射光谱带BR和拉曼散射光谱带B'R的拉曼散射束，所述带BR和B'R分别不同于所述激励光谱带B0和B'0和所述观测光谱带BV；并且所述设备包括光学滤波装置，该光学滤波装置适于分割所述收集束以便将所述收集束空间分离成多个衍生束，所述多个衍生束包括：包含所述观测束的光谱带BV的第一衍生束、至少一个包含拉曼散射光谱带BR和/或拉曼散射光谱带B'R的第二衍生收集束、至少一个包含激励激光束的光谱带B0和/或光谱带B'0的第三衍生收集束。根据特定方面，本发明的设备还包括:-自动聚焦调整装置，和/或-图像稳定化装置，其耦合到用于相对于所述激励激光束相对移动目标的装置。本发明也涉及一种用于拉曼光谱测定并且用于观测样品的方法，该方法包括如下步骤：-叠加具有以波长λ0为中心的光谱带B0的激励激光束和具有光谱带BV的观测束，以便将组合的激励和照明束引导到样品上，所述光谱带BV不同于λ0并且不同于待测量的拉曼散射束的光谱带BR；-收集由所述样品散射的光束；-将收集束在空间以及光谱上分离成两个次级束，第一次级束包括选自所述激光的光谱带B0、所述观测束的光谱带BV以及所述拉曼散射束的光谱带BR的光谱带，以及第二次级束包括所述激光的光谱带B0、所述观测束的光谱带BV以及所述拉曼散射束的光谱带BR中的两个其它剩余的光谱带；-在空间上和光谱上将所述第二次级束分成两个三级束，每一个所述三级束包括所述激光的光谱带B0、所述观测束的光谱带BV以及所述拉曼散射束的光谱带BR中的所述两个剩余光谱带之一；-检测包括所述拉曼散射束的光谱带BR的所述次级或三级收集束；-检测包括所述观测束的光谱带BV的所述次级或三级收集束。本发明将特别有利地用于拉曼光谱测定设备。本发明也涉及从下面的描述中变得显而易见的并且必须单独或者以其任何技术上可能的组合被考虑的特征。附图说明参照附图，通过以非限制性实例给出的该描述将使得对如何实施本发明有更好的理解，在附图中：图1示意性示出了激励激光束、照明和观测束以及拉曼散射束的强度的光谱分布；图2示意性示出了本发明的设备的说明性实现方式，示出了不同的入射和散射束的光路；图3示出了根据本发明优选实施例的设备；图4示意性示出了在图3的设备中使用的部件的强度谱；图5示出了光谱带分布的第一种情况；图6-9示出了使用图5的光谱带分布的各种实施例；图10示出了光谱带分布的第二种情况；图11-18示出了使用图10的光谱带分布的各种实施例；图19示出了光谱带分布的第三种情况；图20-23示出了使用图19的光谱带分布的各种实施例；图24示出了光谱带分布的第四种情况；图25-28示出了使用图24的光谱带分布的各种实施例。具体实施方式本发明提出了一种滤波装置，用于在没有移动零件情况下并且可能同时地进行拉曼测量以及观测样品。思想是利用特定的光谱范围来照明和光看样品，该光谱范围与激光的以及所产生的拉曼范围的光谱范围分离。图1非常示意性地示出了各种测量和观测束的强度的光谱分布。激励激光束具有波长λ0以及以波长λ0为中心的光谱带B0，所述光谱带B0非常窄。激励激光束(1)通过拉曼散射在样品上产生拉曼散射束，拉曼散射束的线位于光谱带BR中，光谱带BR由图1中的曲线(3)示意性示出。本发明的一个方面在于使用具有与激光的光谱带B0和待测量的光谱带BR不同的光谱带BV的观测束。图2示意性示出了根据本发明实施例的设备的说明性实现方式，示出了各种束的路径。图2的设备允许将入射激光束与入射照明束叠加，以及根据被样品(7)散射并且由物镜(6)收集的束的各种光谱成分，更确切地，根据光谱带B0、BV和BR，同时分离所述被样品(7)散射并且由物镜(6)收集的束。束(21)是具有光谱带B0(瑞利散射)的激励激光的背散射束。束(3)是具有光谱成分BR的拉曼散射束。观测束(22)是照明束(2)的瑞利背散射束，其具有光谱成分BV。滤波器(12)透射拉曼散射束(3)并且反射瑞利散射束(21)和(22)。滤波器(13)透射由样品(7)散射的观测束(22)并且反射具有激光的波长的瑞利散射束。分离板(16)例如向着观测相机(未示出)透射由样品散射的观测束(22)。拉曼散射束(3)可以向着拉曼光谱仪透射以提供处于光谱带BR的拉曼线的测量。因此，图2的设备允许由于观测束(22)而观测样品以及由于拉曼散射束(3)而同时执行拉曼测量，拉曼散射束(3)与激光束和照明束的瑞利散射分开。图3示出了根据本发明优选实施例的设备。图3的设备可以直接与拉曼光谱仪耦合或者相对于拉曼光谱仪偏移以最靠近样品放置，然后该设备通过光纤与拉曼光谱仪连接。外壳(20)包括入口/出口(10)，用于耦合激励激光束并且将其引导向第一反射镜(14)。激光束(1)被滤波器(13)透射并且被滤波器(12)反射以穿过光学聚焦部件(15)向着样品透射。外壳(20)包括观测源(11)，该观测源(11)例如是发射波长范围为500-550nm的绿LED。观测源(11)产生观测束(2)，观测束(2)被导向分离板(16)并且向着滤波器(13)透射。滤波器(13)向着滤波器(12)反射束(2)，滤波器(12)也向着样品反射观测束(2)，从而将其与激励激光束(1)相叠加。通过光学聚焦部件(15)收集的散射束包括拉曼散射束(3)，拉曼散射束(3)被滤波器(12)向着模块(18)透射，模块(18)可以是拉曼光谱仪或者向偏移拉曼光谱仪透射拉曼散射束(3)的光纤连接器。具有激光的波长λ0的被样品散射的束被滤波器(12)反射、被滤波器(13)透射并且被重新导向入口/出口(10)。所收集的束也包括处于观测源的光谱带BV中的成分。观测束(22)被滤波器(12)以及被滤波器(13)反射，并且被分离板(16)透射。观测束(22)被观测相机(17)引导。已经为波长λ0为660nm的激励激光制作了基于图3的图示的偏移光纤探针的原型，但是该原理可应用于任何设备。滤波器(12)反射激光(660nm)、短波长照明(小于660nm)以及被样品反射的光。滤波器(12)透射波长自665nm的拉曼散射束，以波数计，拉曼范围在400-3500cm-1之间延伸。滤波器(13)透射660nm的激光束并且反射较短波长的照明束。分离板(16)允许将从照明源到达样品的照明束(2)与从样品到达观测相机的观测束(22)分离。图3的设备与共焦视频系统兼容。激励激光通过核直径为5-6微米的光纤耦合到入口连接器(10)。该探针通过核直径为约100微米的光纤连接到拉曼光谱仪。照明源是绿LED，其孔径为15°并且光强度为约6800mcd。图4示意性示出了所使用的不同源和滤波器的相对光谱响应。激光束(1)具有波长λ0以及非常窄的光谱带B0。参考与观测源(11)的发射的光谱曲线对应的曲线(2)。观测相机(17)的光谱检测曲线具有很宽的光谱，最大灵敏度在观测源的光谱带BV周围。滤波器(12)是截止波长刚好在激光的波长λ0以上的高通滤波器，而滤波器(13)使激光的波长通过并且反射观测光谱带BV的波长。图1-4关于本发明的特定实施例描述了本发明的原理。然而，根据不同的观测光谱带BV、激光激励光谱带B0和拉曼散射光谱带BR的相应位置，基于同一原理的很多变型是有效的并且将在图5-28的具体实例中显现出来。图5示意性示出了第一种情况，根据该情况，激励波长λ0限定光谱带B0。旨在测量处于与斯托克斯线对应(即，具有比激光的激励波长λ0更长的波长)的光谱带BR中的拉曼散射线。观测光谱带BV处于比激励波长λ0更短的波长。例如，激光可以具有660nm的波长，并且可以在可视光谱的蓝-绿-黄范围内进行观测。在图6-9中，激励激光束(1)以实线示出，斯托克斯拉曼散射束(3)以点划线示出。在本说明书的下文中，通过公共的虚线(2)示出了入射到样品上的照明束和被样品散射的观测束，照明束和观测束在直到未示出的分离板(16)的往返路径上叠加。图6示出了使用图5的光谱带的分布的第一实施例。激励激光束(1)被滤波器(13a)透射并且被滤波器(12a)反射向聚焦物镜(6)。观测束(2)被滤波器(13a)反射并且然后被滤波器(12a)反射向聚焦物镜(6)。所收集的束包括被滤波器(12a)透射的拉曼散射束(3)。所收集的散射束也包括被滤波器(12a)反射然后被滤波器(13a)反射的观测束。滤波器(13a)是截止波长位于观测带BV和激光的带B0之间的高通或带通滤波器。滤波器(12a)是截止波长位于激光的波长λ0和拉曼散射的带BR之间的高通滤波器。因此，滤波器(13a)用于向着样品在散射束上叠加激励激光束和照明束，以将观测束与处于激光波长处的背散射分开。滤波器(12a)用于分离一方面的拉曼散射束(3)与另一方面的处于激光的光谱带B0和观测束的光谱带BV中的散射束的光谱成分。图7示出了根据本发明的设备的第二实施例，其仍使用根据图5的图示的光谱分布。不像图6，激光束(1)在被滤波器(12b)反射之前首先被滤波器(13b)反射。对称地，照明束在被滤波器(12b)反射之前被滤波器(13b)透射。收集的散射束被引导向第一滤波器(12b)，该第一滤波器(12b)透射拉曼散射束(3)并反射在激光的光谱带B0和观测束的光谱带BV中的散射束的成分。滤波器(13b)将散射的观测束与处于激光的波长的散射束分开。与图6中一样，滤波器(12b)是截止波长在激光的波长λ0和拉曼光谱带BR之间的高通滤波器。滤波器(13b)是截止波长在观测光谱带BV和光谱带B0之间的低通或陷波滤波器，其透射光谱带BV中的束并且反射波长在光谱带B0中的束。图8示意性示出了基于图5的图示的光谱分布的第三实施例。激励激光束(1)被滤波器(13c)透射并且然后被滤波器(12c)透射向物镜(6)。照明束(2)被滤波器(13c)反射并且被滤波器(12c)透射。拉曼散射束(3)被滤波器(12c)反射。处于观测光谱带BV中的散射束被滤波器(12c)透射并且被滤波器(13c)反射。滤波器(13c)是截止波长在观测光谱带BV和光谱带B0之间的高通或带通滤波器，其透射光谱带B0并且反射光谱带BV。滤波器(12c)是截止波长在光谱带B0和拉曼带BR之间的低通滤波器，其透射光谱带BV以及光谱带B0的波长并且反射波长在光谱带BR中的束。图9示意性示出了基于图5的图示的光谱分布的第四实施例。该设备包括滤波器(12d)、滤波器(13d)和物镜(6)。激励激光束(1)被滤波器(13d)反射并且然后被滤波器(12d)透射向物镜(6)。照明和观测束(2)被滤波器(13d)和滤波器(12d)反射。所收集的拉曼散射束(3)被滤波器(12d)反射，而处于观测束的光谱带BV中的散射束被滤波器(12d)和滤波器(13d)透射。滤波器(13d)是截止波长在观测带BV和激光的带B0之间的低通或陷波滤波器，其透射观测束BV并且反射带B0。滤波器(12d)是透射带B0和BV且反射拉曼散射带BR的低通滤波器。滤波器(12d)具有介于带B0和带BR之间的截止波长。图10示出了如下光谱带的分布的第二种情况：激光激励光谱带、斯托克斯拉曼(光谱带BR)和反斯托克斯拉曼(光谱带BRaS)带、以及观测带BV。例如，激励激光的波长λ0为473nm，而观测光谱带BV处于可见光谱的黄-红部分，例如处于大于600nm的波长范围。斯托克斯拉曼带处于比激光激励波长λ0长且比本身比观测带BV短的波长λ1短的波长。反斯托克斯拉曼散射带处于比激光激励波长λ0更短的波长。图11、12、13、14、17和18所示的配置允许单独执行斯托克斯拉曼测量，或者进行同时的斯托克斯和反斯托克斯拉曼测量，如下文中所述。图11示出了根据图10的光谱分布的第一实施例。首先将针对单独测量斯托克斯线，然后针对斯托克斯线和反斯托克斯线的测量，描述图11的实施例。·用于斯托克斯模式的图11的配置激励激光束(1)被滤波器(13e)透射并且被滤波器(12d)反射。照明和观测束(2)被滤波器(12e)透射，该滤波器(12e)再次透射观测带BV中的散射束。滤波器(12e)反射拉曼散射束(3)。滤波器(13e)反射拉曼散射束(3)。在斯托克斯配置中，滤波器(13e)是透射带B0并且反射带BR的低通滤波器，因此，其具有位于带B0和带BR之间的截止波长。滤波器(12e)是透射观测带BV并且反射光谱带B0和BR的高通滤波器。滤波器(12e)是截止波长在拉曼带BR和观测带BV之间的滤波器。·用于斯托克斯和反斯托克斯模式的图11的配置在旨在测量斯托克斯和反斯托克斯线的图11的配置中，滤波器(13e)是透射带B0且反射斯托克斯拉曼带BR和反斯托克斯拉曼带BRaS的带通滤波器。·图12的配置图12示意性示出了基于图10的图示的光谱分布的第二实施例。图12的设备包括反射激励激光束(1)的滤波器(13f)。照明和观测束(2)被滤波器(12f)透射，滤波器(12f)反射散射的拉曼散射束(3)并且透射处于观测带BV中的散射束的部分。滤波器(13f)将拉曼散射束(3)与处于激光波长的瑞利散射束分开。滤波器(12f)是透射观测带BV并且反射光谱带B0和BR的高通滤波器，并且具有在BR和BV之间的截止波长。滤波器(13f)透射拉曼散射光谱带BR并且反射激光带B0。在旨在仅测量斯托克斯拉曼散射带的情况下，滤波器(13f)是截止波长在光谱带B0和BR之间的高通滤波器。在旨在同时测量斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射线的情况下，滤波器(13f)是反射激励激光束的光谱带B0并透射斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射带BR与BRaS的陷波滤波器。图13示出了根据图10的光谱分布的第三实施例。滤波器(12g)通过反射激光束(1)并透射处于光谱带BV中的照明和观测束(2)，来叠加激励激光束(1)与照明和观测束(2)。滤波器(12g)透射处于光谱带BV中的观测束和拉曼散射束(3)并且反射处于光谱带B0中的瑞利散射束。滤波器(13g)透射处于光谱带BV中的观测束(2)并反射拉曼散射束(3)。滤波器(13g)是截止波长在拉曼光谱带BR和观测带BV之间的高通滤波器，其透射观测带BV并且反射光谱带BR。在期望仅测量斯托克斯线的拉曼光谱带的情况下，滤波器(12g)是透射光谱带BR、光谱带BV并且反射光谱带B0的高通滤波器。在期望测量斯托克斯和反斯托克斯线二者时，滤波器(12g)是反射光谱带B0、透射反斯托克斯拉曼光谱带、斯托克斯拉曼光谱带和观测光谱带BV的陷波滤波器。图14示出了根据图10的光谱分布的第四实施例。滤波器(12h)允许向着样品叠加激励激光束(1)与照明和观测束(2)。在收集的散射束上，滤波器(12h)反射处于光谱带B0中的瑞利散射的散射信号，透射处于光谱带BV中的观测束以及处于光谱带BR或BRaS中的瑞利散射束。滤波器(13h)是透射拉曼散射带BR并且反射观测光谱带BV的低通滤波器。在仅测量斯托克斯线的情况下，滤波器(12h)是截止波长在光谱带B0和光谱带BR之间的高通滤波器，用于反射光谱带B0以及透射光谱带BR和BV。在期望测量斯托克斯线和反斯托克斯线的情况下，滤波器(12h)是反射光谱带B0且透射斯托克斯和反斯托克斯光谱带BR与BRaS以及观测光谱带BV的线的陷波滤波器。图15示出了按照图10的分布测量斯托克斯拉曼线的第一实施例。滤波器(13i)允许向着物镜(6)和样品叠加激励激光束(1)与照明和观测束(2)。滤波器(12i)透射激励激光束(1)和观测束(2)。在所收集的散射束上，滤波器(12i)将拉曼散射束(3)与观测束(2)分离。滤波器(13i)反射观测束(2)并透射处于激光波长的瑞利散射束。滤波器(13i)是透射带B0并且反射带BV的低通滤波器。滤波器(12i)是透射带B0、反射拉曼带BR且透射观测带BV的宽陷波滤波器。图16示出了根据图10的光谱分布仅测量斯托克斯拉曼线的另一实施例。图16的设备包括滤波器(13j)，该滤波器(13j)通过反射处于光谱带B0的激光束以及透射处于光谱带BV的观测束，叠加激励激光束(1)和观测束。滤波器12j同时透射激励激光束以及照明和观测束(2)。滤波器(12j)反射处于光谱带BR的拉曼散射束(3)，并且透射处于光谱带B0中的激光波长的瑞利散射束以及处于光谱带BV中的被样品散射的观测束(2)。滤波器(13j)将处于光谱带BV中的观测束(2)与处于光谱带B0中的瑞利散射束分开。滤波器(12j)是透射光谱带B0、反射拉曼光谱带BR且透射观测带BV的宽陷波滤波器。滤波器(13j)是截止波长在光谱带B0和观测带BV之间的高通滤波器。图17示出了与图10的图示的光谱分布有关的另一实施例。该设备包括滤波器(12k)，该滤波器(12k)通过透射处于光谱带B0的激光束以及反射处于光谱带BV的观测束，叠加激励激光束(1)和观测束(2)。所收集的散射束包括被滤波器(12k)反射的处于观测带BV中的光谱成分。滤波器(12k)是透射光谱带B0和拉曼散射光谱带BR且反射观测带BV的低通滤波器。滤波器(13k)透射处于拉曼光谱带中的拉曼散射束(3)并且反射处于光谱带B0中的瑞利散射束。为了测量斯托克斯线，滤波器(13k)可以是截止波长位于光谱带B0和斯托克斯拉曼光谱带BR之间的高通滤波器。为了同时测量斯托克斯和反斯托克斯线，滤波器(13k)是反射光谱带B0并透射斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射光谱带BR与BRaS的陷波滤波器。图18示出了按照图10的路径的光谱分布的另一实施例。该设备包括滤波器(12l)，该滤波器(12l)允许通过透射激励激光束(1)以及反射观测束(2)而叠加激励激光束和观测束(2)。在散射束上，滤波器(12l)允许提取处于观测光谱带BV的观测束并且透射处于带BR的拉曼散射信号以及处于光谱带B0的瑞利散射信号。滤波器(12l)是透射带B0和带BR并且反射带BV的低通滤波器，因此具有大于波长λ0的介于拉曼带BR和观测光谱带BV之间的截止波长。滤波器(13l)反射拉曼散射信号并且透射处于光谱带B0的瑞利散射信号。为了仅测量斯托克斯拉曼线，滤波器(13l)是透射光谱带B0并且反射拉曼光谱带BR的低通滤波器。在期望同时测量斯托克斯和反斯托克斯散射线的情况下，滤波器(13l)是仅透射光谱带B0并反射斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射光谱带BR与BRaS的带通滤波器。图19示出了在测量反斯托克斯和斯托克斯拉曼线的情况下激光激励和观测带的光谱分布的第三种情况。此处，观测带BV处于比反斯托克斯拉曼线散射带BRaS短的波长。关于图20-23描述的配置允许单独进行斯托克斯拉曼线的测量，或者同时进行斯托克斯和反斯托克斯拉曼线的测量。在图20中，滤波器(12m)允许叠加激励激光束(1)和观测束(2)。激励激光束(1)被滤波器(12m)透射且观测束(2)被滤波器(12m)反射。在散射束上，滤波器(12m)允许提取处于观测带BV的散射束并且透射拉曼散射束(3)以及处于光谱带B0的瑞利散射束。滤波器(12m)是截止波长在观测带BV和反斯托克斯拉曼散射带之间的高通滤波器。滤波器(12m)透射带B0、BRaS中的信号并且可能透射斯托克斯带BR中的信号，并且反射观测带BV。在期望仅测量反斯托克斯线的情况下，滤波器(13m)是透射光谱带B0且反射反斯托克斯拉曼散射光谱带的高通滤波器。在期望同时测量斯托克斯和反斯托克斯线的情况下，滤波器(13m)是透射光谱带B0且反射斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射带的带通滤波器。图21示出了与图19示意性示出的分布对应的另一实施例。该设备包括滤波器(12n)和滤波器(13n)。滤波器(12n)允许通过反射束(2)和透射束(1)来叠加激励激光束(1)与观测束(2)。在所收集的散射束上，滤波器(12n)允许提取处于观测带BV中的散射束并且透射处于带B0中的散射束以及拉曼散射带。滤波器(13n)允许将处于激励激光的光谱带B0中的散射束与拉曼散射束(3)分开。滤波器(12n)是透射光谱带B0和BRaS(反斯托克斯拉曼)且反射观测光谱带BV的高通滤波器。在期望仅测量反斯托克斯线的情况下，滤波器(13n)是透射反斯托克斯散射带BRaS并且反射光谱带B0的低通滤波器。在期望测量斯托克斯和反斯托克斯拉曼线二者的情况下，滤波器(13n)是反射光谱带B0并透射斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射光谱带BR与BRaS的陷波滤波器。图22还示出了根据图19的图示的另一实施例，其中滤波器(12o)通过反射激光束(1)并透射处于光谱带BV中的照明和观测束(2)，来叠加激励激光束(1)与照明和观测束(2)。在散射束上，滤波器(12o)透射处于观测带BV中的散射束并且反射处于拉曼散射带中的和处于瑞利散射带B0中的散射束。滤波器(12o)是透射观测带BV并且反射反斯托克斯散射带BR、带B0以及可能的斯托克斯拉曼散射带的低通滤波器。滤波器(13o)透射处于拉曼光谱带中的散射束并且反射处于激光光谱带B0中的瑞利散射束。在期望仅测量反斯托克斯带的情况下，滤波器(13o)是透射反斯托克斯散射带并且反射光谱带B0的低通滤波器。在期望同时测量斯托克斯和反斯托克斯线的情况下，滤波器(13o)是反射光谱带B0并透射斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射光谱带BR与BRaS的陷波滤波器。图23描绘了与图19的光谱分布有关的第四实施例。滤波器(12p)通过反射激励激光束并透射处于光谱带BV中的照明和观测束，来叠加激励激光束(1)与照明和观测束(2)。在收集的散射束上，滤波器(12p)透射处于观测光谱带BV的观测束并且反射处于光谱带BR的拉曼散射信号以及处于光谱带B0的瑞利散射的散射束。因此滤波器(12p)允许提取观测束(2)。滤波器(13p)允许将处于光谱带B0中的瑞利散射束与拉曼散射束(3)分开。滤波器(12p)是透射观测带BV，反射反斯托克斯拉曼散射带和光谱带B0的低通滤波器。在期望仅测量反斯托克斯线的情况下，滤波器(13p)是透射光谱带B0且反射反斯托克斯拉曼散射带BRaS的高通滤波器。在期望同时测量斯托克斯和反斯托克斯线的情况下，滤波器(13p)是透射光谱带B0并反射斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射光谱带BR与BRaS的带通滤波器。图24示出了第四种情况，其中期望仅测量反斯托克斯拉曼线的散射并且观测光谱带BV位于激励激光带B0之上。图25-28示出了根据图24的光谱带分布的各种实施例。在图25中，滤波器(13q)允许叠加被滤波器(13q)反射的激励激光束和被该滤波器透射的观测束(2)。在散射束上，滤波器(12q)反射处于反斯托克斯拉曼带中的散射束并且透射处于观测带中的和处于光谱带B0中的散射束。滤波器(13q)允许透射处于观测带BV中的散射信号以及反射处于光谱带B0中的瑞利散射束。滤波器(12q)是截止波长在反斯托克斯拉曼光谱带BRaS和光谱带B0之间的高通滤波器，因此其透射光谱带B0和观测带BV并且反射反斯托克斯拉曼光谱带。滤波器(13q)是截止波长在观测带和带B0之间的高通或陷波滤波器，其透射光谱带BV并且反射光谱带B0。图26描绘了与图24的光谱分布有关的第二实施例。滤波器(13r)允许叠加被滤波器(13r)透射的激励激光束(1)与被滤波器(13r)反射的观测束(2)。滤波器(12r)透射组合的激励和观测束。在散射束上，滤波器(12r)反射反斯托克斯拉曼散射束(3)并且透射处于光谱带B0和观测带BV中的散射束。滤波器(13r)将处于观测束BV中的散射束与处于带B0中的散射束分开。滤波器(12r)是截止波长在反斯托克斯拉曼散射带和带B0之间的高通滤波器。因此，滤波器(12r)反射反斯托克斯拉曼带并且透射光谱带B0和BV。滤波器(13r)是透射光谱带B0并且观测带BV的低通或带通滤波器。图27描绘了与图24的光谱分布有关的第三实施例。滤波器(12s)允许叠加反射的激励激光束(1)与透射的照明和观测束(2)。在所收集的散射束上，滤波器(12s)透射处于观测带BV中的散射束并且反射处于光谱带B0中的和处于反斯托克斯拉曼散射带BRaS中的散射束。滤波器(12s)是截止波长在光谱带B0和观测带BV之间的高通滤波器。滤波器(13s)反射处于反斯托克斯拉曼散射带BRaS中的拉曼散射束(3)并且透射处于光谱带B0中的瑞利散射束。滤波器(13s)是截止波长在反斯托克斯拉曼散射带与带B0之间的高通或带通滤波器，以便透射带B0并且反射反斯托克斯拉曼散射带。最后，图28描绘了与图24的光谱分布有关的第四实施例。滤波器(12t)允许叠加激励激光束(1)和观测束(2)。在散射束上，滤波器(12t)反射处于反斯托克斯拉曼散射带中的和光谱带B0中的散射束并且透射处于观测带BV中的散射束。滤波器(13t)透射处于反斯托克斯拉曼散射带中的散射束并且反射处于光谱带B0中的散射束。滤波器(12t)是截止波长在光谱带B0和观测带BV之间的高通滤波器。因此，滤波器(12t)透射观测带BV并且反射光谱带B0以及反斯托克斯拉曼散射带。滤波器(13t)是透射反斯托克斯拉曼散射带并且反射处于光谱带B0中的散射带的低通或陷波滤波器。已经描述了本发明的若干实施例。然而，该描述并非限制性的并且可以在不脱离本发明的范围的情况下想到本发明的其它实施例(尤其是，不同于上述实例中的滤波器的其它类型的滤波器)。特别地，关于图2、6-8、11-18、20-23和25-28描述的本发明的不同实施例变型均涉及背散射配置。然而，同样的原理也适用于拉曼散射的其它配置(前向散射或侧向散射)，在这种情况下用于叠加激励激光束和照明束的装置与散射束的滤波装置分开。然而，使用分开的光谱范围的原理以同样的方式应用。因此，本领域技术人员将调整本发明的设备和方法以适应拉曼光谱仪的各种实验配置。根据特别有利的实施例，相同的原理可同时用于若干激光激励波长以及多陷波(multi-notch)滤波器来将各种激励光谱带、观测光谱带和分别与每一个激光激励波长关联的拉曼光谱带分离。在与图1-28有关的实施例中使用的滤波器的各种情况下，可以考虑陷波滤波器同时执行高通滤波器功能和低通滤波器功能。因此，用陷波滤波器代替高通和低通滤波器是等效的。所述滤波器可以由介质叠层或者通过VBG(体布拉格光栅)技术制造。本发明公开了没有可移动零件的滤波器布置，该布置允许进行拉曼测量和观测样品，其中观测和测量可以是同时的。本发明的观测设备是紧凑的并且总体尺寸等于基于光路上的可收回光学部件的现有技术观测系统的尺寸的一半。所述设备和方法使用简单，这是因为它们不需要电动机或可移动零件。没有可移动零件也使得该设备稳健。最后，该设备几乎不引入拉曼信号的损失(百分之几的极小损失)。可以选择滤波器的消光率使得来自激励激光束的瑞利散射的束的很小部分向着样品观测系统透射。这样，观测系统有利地允许同时观测样品和样品上激励激光束的位置。瑞利散射束被很大程度削弱，其未导致观测传感器(例如CCD相机)饱和的风险。在执行拉曼测量的同时观测样品的可能性使得能够基于样品图像的处理进行可能的操作。因此，有可能在拉曼测量期间在样品图像上实时进行自动聚焦调整。本发明使得另一应用是可能的，该另一应用是拉曼测量期间的目标监测或者图像稳定化(通过将本发明的设备与用于移动目标或样品载体的系统耦合)。例如基于图像处理的其它自动化应用也有可能与拉曼测量相结合。本发明的设备由固定元件构成。该设备允许同时观测样品和进行该样品的拉曼测量而不引入光强的高损失。有利地，用于叠加的光学装置与第一或第二滤波装置合并，这允许了更紧凑且更有效的光学组件。现有技术的设备意味着要么顺序观测和测量，要么在大量的光强损失的情况下使观测和测量同时进行。基于一个或两个(分离板或分离立方体类型的)束分离器的现有技术的设备的效率限于6-25％。由两个滤波器构成的本发明的设备的(光学透射)效率高于或等于90％或者甚至达到95％。本发明设备的优点在于显著减少了光学损失并且允许进行总是很低的拉曼信号的测量。