[发明专利]反射式共焦CARS显微光谱测试方法与装置

权利要求书

1.一种反射式共焦CARS显微光谱测试方法，其特征在于包括以下步骤：

a）在激光发射单元（1）中，由连续谱脉冲激光器（3）发出连续谱激光，经过第一带通滤光片（4）后通过第一二向色镜（5）与单波长脉冲激光器（2）发出的单波长脉冲激光混合，形成频率一致、时间一致和空间重合的混合光束；混合光束经过分光棱镜（6）由位于Z向平移台（7）上的显微物镜（8）会聚在被测样品（9）上，激发出瑞利光和载有被测样品（9）光谱特性的CARS光；CARS光和瑞利光经分光棱镜（6）反射进入第二二向色镜（11）后分成两束，其中包含CARS光的光束进入光谱探测单元（12），另一束包含瑞利光的光束进入共焦探测单元（18）；在光谱探测单元（12）中，包含CARS光的光束先经过第二带通滤光片（13），滤除光束中的非CARS干扰光，然后通过第一会聚镜（14）会聚进入光谱仪（17），获得CARS光谱信息；在共焦探测单元（18）中，包含瑞利光的光束经过第三会聚镜（19）后通过位于焦点位置的第二针孔（20）滤除杂散光后被第一光电探测器（21）探测，获得共焦强度信号；

b）Z向平移台（7）移动，共焦信号强度随之改变，得到共焦曲线（23），利用共焦曲线（23）“最大值点”与显微物镜（8）焦点位置精确对应的特性，通过“最大值点”来精确捕获激发光斑焦点位置后，再测量获得光谱信息，从而实现高空间分辨的几何探测和光谱探测；

c）当对接收CARS光的光谱探测单元（12）获得的光谱信号进行处理时，系统能够进行光谱探测；当对接收瑞利光的共焦探测单元（18）获得的共焦信号进行处理时，系统能够获得三维几何形貌；当对共焦信号和CARS信号同时处理时，系统能够进行高空间分辨的微区图谱层析成像，即实现对被测样品“图谱合一”的激光共焦CARS显微光谱高空间分辨成像与探测。

2.根据权利要求1所述的一种反射式共焦CARS显微光谱测试方法，其特征在于，激发光束由两束频率相同，时间一致的脉冲激光组成，其中一束是单波长脉冲激光，另一束是连续谱脉冲激光。

3.根据权利要求1所述的一种反射式共焦CARS显微光谱测试方法，其特征在于，通过匹配不同谱带的带通滤光片，选择不同谱段的斯托克斯光，由此实现不同谱段的光谱探测。

4.根据权利要求1所述的一种反射式共焦CARS显微光谱测试方法，其特征在于，第一二向色镜（5）与分光棱镜（6）反射光束轴线的夹角可变，由此提高系统的灵活性。

5.根据权利要求1所述的一种反射式共焦CARS显微光谱测试方法，其特征在于，在激光发射单元（1）和分光棱镜（6）之间添加光瞳滤波器（24），有助于提高系统的空间分辨力。

6.根据权利要求1所述的一种反射式共焦CARS显微光谱测试方法，其特征在于，本发明中激光发射单元（1）还可以用单波长脉冲激光器加光子晶体光纤（26）进行光谱展宽实现，此外，将光谱探测单元（12）中的光谱仪（17）替换成光电点探测器（31），旋转偏振片（30）可以实现光谱扫描输出，进而激发CARS光谱并由光电点探测器（31）探测得到CARS光谱信号。

7.一种反射式共焦CARS显微光谱测试装置，包括激光发射单元（1）、光谱激发单元、第二二向色镜（11）、光谱探测单元（12）、共焦探测单元（18）、计算机（32）；其中，光谱激发单元位于激光发射单元（1）出射方向、第二二向色镜（11）位于光谱激发单元出射方向、光谱探测单元（12）位于第二二向色镜（11）透射方向、共焦探测单元（18）位于第二二向色镜（11）反射方向；激光发射单元（1）由单波长脉冲激光器（2）、连续谱脉冲激光器（3）、第一带通滤光片（4）和第一二向色镜（5）组成；光谱激发单元由分光棱镜（6）、Z向平移台（7）、显微物镜（8）、被测样品（9）和X-Y平移台（10）组成；光谱探测单元（12）由第二带通滤光片（13）、第一会聚镜（14）、第一针孔（15）、第二会聚镜（16）和光谱仪（17）组成；共焦探测单元（18）由第三会聚镜（19）、第二针孔（20）、第一光电探测器（21）组成，其中，第二针孔（20）位于第三会聚镜（19）的焦点位置。