激光双轴差动共焦诱导击穿-拉曼光谱成像探测方法与装置的制造方法_3

文档序号:9215639阅读:来源:国知局
针孔42进入激光诱导击穿光 谱仪43并被激光诱导击穿光谱探测器44探测获得被测样品3的激光诱导击穿光谱I (入D 为激光诱导击穿光谱)。
[0061]被分光系统8反射的瑞利光、拉曼散射光和激光诱导击穿散射光被Notch filter 38再次分光:
[0062] 透射过Notch filter 38的拉曼散射光进入光谱探测系统19,光谱探测系统19为 共焦拉曼光谱探测系统,拉曼散射光被第一聚光镜31会聚到针孔32,经过第二聚光镜33会 聚进入拉曼光谱仪34,最后入射到拉曼光谱探测器35,获得被测样品3的拉曼光谱I (入K) (^为拉曼光谱)。
[0063] 被Notch filter 38反射的瑞利光和激光诱导击穿光谱经过采集端光瞳滤波器 30调制后,通过测量透镜9进行汇聚到差动探测系统15,汇聚光斑经过显微物镜10放大并 成像在第一 (XD探测器22上。
[0064] 测量过程中,计算机21从第一 (XD探测器22上获取焦斑图像16,计算出此时焦 斑图像16的中心,以此中心作为坐标原点,建立C⑶像面上的坐标系(x/,y/ ),在xd' 轴上对称设置两个具有相同半径的圆形虚拟针孔对焦斑图像16进行分割探测,分别为第 一虚拟针孔24和第二虚拟针孔23,其对应的针孔横向偏移量14为M ;当被测样品3进行 扫描时,计算机21分别计算出第一虚拟针孔24和第二虚拟针孔23范围内像素灰度总和, 分别对应为焦斑图像16中的第一探测系统光斑18和第二探测系统光斑17,得到强度响应 Ijx,y,z,_vxM)和I2(x,y,z,+vxM),其中vxM是针孔横向偏移量,X,y,z为样品在系统坐标系 下的坐标。
[0065] 计算机21对L (X,y, z, _vxM)和12 (X,y, z, +vxM)进行差动相减处理,得到带有被测 样品3凸凹变化的强度响应I (X,y, z, vxM),
[0066] I (x, y, z, vxM) = Ij (x, y, z, -vxM) -I2 (x, y, z, +vxM) (1)
[0067] 根据公式(1)的结果拟合出相应差动共焦曲线27,利用差动共焦曲线27过零点与 焦点位置精确对应的特性,获系统焦点〇的位置,并将被测样品3移动至焦点0位置。那么 此时可重新捕获被测样品3在焦点0处的拉曼光谱I ( A K)和激光诱导击穿光谱I ( A b)。
[0068] 将IUK)、1(\)、I(x,y,z, VxM)传送到计算机21进行数据处理,从而获得 包含被测样品3位置信息I (x,y,z,vxM)和光谱信息I ( A K)和I ( A J的四维测量信息 I (X,y,z,入 K,入 L) 〇
[0069] 完成上述步骤后,对被测样品3进行横向扫描,并再次获取位置信息和光谱信息。
[0070] 通过上述过程,即可获得精确的光谱信息,实现焦点位置的光谱探测和三维几何 位置探测,其中,通过对测量信息{I(x,y,z),I(A K),I(AJ}的融合处理,可实现式(2)所 示的三种测量模式,即:微区图谱层析成像测试、三维尺度层析成像和光谱测试。
[0071]
[0072] 当0 = 45°时,照明光轴4和采集光轴20相互垂直,此时被测样品3的瑞利光光 强最弱,有利于系统观测高散射性生物样品。
[0073] 如图6所示,高空间分辨双轴差动共焦诱导击穿-拉曼光谱成像探测装置包括沿 光路依次放置的激光器1、准直扩束系统25、径向偏振光产生器29、照明端光瞳滤波器28、 光束扫描装置26、照明物镜2、被测样品3,及光路反射方向的采集物镜7、分光系统8、位 于分光系统8透射方向的激光诱导击穿光谱系统39,位于分光系统8反射方向的Notch filter 38,位于Notch filter 38反射方向的差动探测系统15,位于Notch filter 38透 射方向的拉曼光谱探测系统19,及连接差动探测系统15、激光诱导击穿光谱系统39与拉曼 光谱探测系统19的计算机21 ;其中,拉曼光谱探测系统19包括沿光路依次放置的第一聚 光镜31、位于第一聚光镜31焦点位置的针孔32、位于针孔32后的第二聚光镜33、位于第二 聚光镜33焦点位置的拉曼光谱仪34及位于光谱仪后的光谱CCD探测器35 ;激光诱导击穿 光谱探测系统39,包括沿光路依次放置的激光诱导击穿光谱聚镜41、位于激光诱导击穿光 谱会聚镜41焦点位置的针孔42、位于针孔42后的激光诱导击穿光谱仪43和激光诱导击穿 光谱探测器44 ;差动探测系统15包括位于测量透镜9焦点处的显微物镜10,及位于显微物 镜10焦点处的第一 (XD探测器22。
[0074] 实施例2
[0075] 本实施例中,偏振调制系统29为径向偏振光产生器,二向色分光系统38为Notch filter,第一探测系统11第一点探测器,第二探测系统12第二点探测器,数据处理系统21 为计算机,第一探测器22为第一 CCD探测器,拉曼光谱探测器35为光谱CCD探测器。
[0076] 如图2、图5、图6和图8所示,将实施例1图7中的第一 C⑶探测器替换为图8的 两个参数相同的点探测器,分别是第一点探测器11和第二点探测器12,即可构成实施例2。 第一点探测器11和第二点探测器12所在的位置分别与实施例1的第一虚拟针孔24和第 二虚拟针孔23所在的位置对应。第一虚拟针孔24和第二虚拟针孔23所在的位置可根据 系统参数事先计算得出。
[0077] 在对样品进行轴向扫描时,设被测样品3位于系统焦平面上时为系统初始位置, 此时探测面上的焦斑16中心与(xd,yd)坐标系原点重合,如图4(1)所示,此时第一点探测 器11和第二点探测器12探测到的信号大小相同,差动相减后的信号大小为零,即该特性曲 线的零点位置对应系统焦点位置。当被测样品3沿着z轴向靠近透镜方向移动时,此时探 测面上的焦斑位置如图4(2)和4(3)所示,焦斑中心趋近于第二点探测器12,第二点探测器 12接收到的光强比如图4(1)所示初始位置要大;另一方面,此时的焦斑中心相对于第一点 探测器11是处于远离状态,因此,第一点探测器11接收到的光强比初始位置要小,则此时 由第一点探测器11的信号I: (x,y,z,_vxM)和第二点探测器12的信号I2 (x,y,z,+vxM)相减 得到的差动信号I (x,y,z,vxM)相对于初始位置的差动信号减小。同理,当被测样品3沿着 z轴向远离物镜方向移动时,此时探测面上的焦斑位置如图4(4)和4(5)所示,焦斑中心趋 近于第一点探测器11,第一点探测器11接收到的光强比初始位置大,而第二点探测器12接 收到的光强比初始位置要小,则此时的差动信号I (x,y,z,vxM)相对于初始位置的差动信号 增大。驱动被测样品3沿着z轴作轴向扫描运动,将第一点探测器11和第二点探测器12探 测到的信号进行差动相减,即可得到双轴差动共焦显微技术的响应函数I (x,y,z,vxM)。图4 中的曲线27是双轴差动共焦显微技术的轴向响应函数I (X,y, z, vxM)的示意图。
[0078] 其余测量方法与装置与实施例1相同。
[0079] 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。
【主权项】
1. 激光双轴差动共焦诱导击穿-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系统获得样品 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系统进入拉曼光谱探测系统获 得样品的
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