[发明专利]反射式共焦CARS显微光谱测试方法与装置

摘要

本发明属于显微光谱成像探测技术领域，涉及一种反射式共焦CARS显微光谱测试方法及装置。本发明的核心思想是融合激光共焦显微技术与CARS光谱探测技术，采用二向分光系统对瑞利光和CARS光进行无损分离，其中CARS光进行光谱探测，瑞利光进行几何定位。本发明利用共焦曲线顶点与焦点位置精确对应这一特性，精确捕获和定位激发光斑焦点位置，实现高精度的几何探测和高空间分辨的光谱探测，构成一种可实现样品微区高空间分辨光谱探测的方法和装置。通过结合CARS显微技术，激发出的载有样品信息的拉曼散射光要远强于传统自发拉曼光，且激发时间短，为快速检测生物样品和化学材料提供可能。本发明具有定位准确、高空间分辨、光谱探测灵敏度高和测量聚焦光斑尺寸可控等优点，在生物医学，材料检测等领域有广泛的应用前景。

主权项

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。