[发明专利]具有三维高空间分辨率高速拉曼光谱扫描成像方法与装置

权利要求书

1.一种具有三维高空间分辨率高速拉曼光谱扫描成像装置，其特征在于，包括：窄带滤光片、分束镜、第一频率调制器、第一反射镜、第二反射镜，二分之一波片，偏振分光棱镜、第二频率调制器、二向色镜、多面体棱镜、二维振镜、第一透镜单元、聚焦物镜、Notch滤光片、第二透镜单元、光阑、光纤、光谱仪以及第三透镜单元，

其中，所述窄带滤光片、所述分束镜、所述第一反射镜沿第一光轴线依次设置，

所述分束镜、所述第一频率调制器、所述第二反射镜沿与所述第一光轴线垂直的第二光轴线依次设置，

所述第一反射镜、所述第一频率调制器、所述二分之一波片以及所述偏振分光棱镜沿与所述第一光轴线垂直的第三光轴线依次设置，所述第三光轴线与所述第二光轴线平行，

所述第二反射镜、所述偏振分光棱镜、所述第二频率调制器、所述二向色镜、所述多面体棱镜以及所述二维振镜沿与所述第三光轴线垂直的第四光轴线依次设置，

所述二维振镜、所述第一透镜单元、所述聚焦物镜沿与所述第四光轴线垂直的第五光轴线依次设置，

所述二向色镜、所述Notch滤光片、所述第二透镜单元、所述光阑、所述光纤以及所述光谱仪沿与所述第四光轴线垂直的第六光轴线依次设置，

所述第一透镜单元、所述第二透镜单元均包括一个透镜或多个透镜的组合，

所述第三透镜单元设置在所述第二光轴线上且位于所述第一频率调制器与所述第二反射镜之间，

所述第三透镜单元包括一个透镜或多个透镜的组合。

2.一种具有三维高空间分辨率高速拉曼光谱扫描成像方法，利用权利要求1所述的具有三维高空间分辨率高速拉曼光谱扫描成像装置，其特征在于,包括以下步骤：

步骤1，将所述窄带滤光片、所述分束镜、所述第一反射镜沿第一光轴线依次设置；

步骤2，将所述分束镜、所述第一频率调制器、所述第二反射镜沿与所述第一光轴线垂直的第二光轴线依次设置；

步骤3，将所述第一反射镜、所述第一频率调制器、所述二分之一波片以及所述偏振分光棱镜沿与所述第一光轴线垂直的第三光轴线依次设置，所述第三光轴线与所述第二光轴线平行；

步骤4，将所述第二反射镜、所述偏振分光棱镜、第二频率调制器、所述二向色镜、所述多面体棱镜以及所述二维振镜沿与所述第三光轴线垂直的第四光轴线依次设置；

步骤5，将所述二维振镜、所述第一透镜单元、所述聚焦物镜以及样品沿与所述第四光轴线垂直的第五光轴线依次设置；

步骤6，将所述二向色镜、所述Notch滤光片、所述第二透镜单元、所述光阑、所述光纤以及所述光谱仪沿与所述第四光轴线垂直的第六光轴线依次设置，其中，所述Notch滤光片面对所述二向色镜的反射面；

步骤7，一束沿所述第一光轴线方向进行入射的第一方向入射线偏振光经过所述窄带滤光片、所述分束镜后输出两束具有第一方向线偏振光的第一光束和第二光束；

步骤8，所述第一光束沿所述第二光轴线方向经过所述第一频率调制器施加载频f1后输出第一载频光束，所述第一载频光束经所述第二反射镜反射沿所述第四光轴线方向经过所述偏振分光棱镜透射输出第一载频透射光束，

所述第二光束沿所述第一光轴线方向经过所述第一反射镜反射后，沿所述第三光轴线方向经过所述第一频率调制器施加载频f2后输出第二载频光束，所述第二载频光束经过所述二分之一波片后输出第二方向线偏振光，所述第二方向线偏振光经过所述偏振分光棱镜反射后输出沿所述第四光轴线方向的第二载频反射光束；

步骤9，所述第一载频透射光束和所述第二载频反射光束叠加合成输出具有混合第一方向和第二方向的线偏振态载频混合光束；

步骤10，所述线偏振态载频混合光束经过所述第二频率调制器后，输出多束具有不同载频的混合载频平行光；

步骤11，多束具有不同载频的所述混合载频平行光经过所述二向色镜进入所述多面体棱镜后，输出多束混合载频折射光束；

步骤12，多束所述混合载频折射光束经过所述二维振镜、所述第一透镜单元、所述聚焦物镜后在所述样品上产生多个聚焦光斑；

步骤13，所述多个聚焦光斑激发所述样品产生荧光、拉曼光以及杂散光，并形成多个与所述聚焦光斑对应的荧光光斑、拉曼光光斑以及杂散光光斑；

步骤14，多个所述拉曼光光斑、所述荧光光斑、以及所述杂散光光斑经过所述聚焦物镜、所述第一透镜单元、所述二维振镜、所述多面体棱镜、所述二向色镜、所述Notch滤光片、所述第二透镜单元、所述光阑后，所述荧光光斑、所述杂散光光斑被阻挡，多个所述拉曼光光斑在所述光纤上形成一个拉曼光聚焦光斑，并被与所述光纤相连的所述光谱仪接收；

步骤15，利用频率解调算法，提取出所述光谱仪接收的重叠的具有载频f1、f2以及其它载频的所述拉曼光谱信号，并通过分析所述光谱仪上的所述拉曼光谱的强度并随着所述二维振镜的扫描变化，可以区分出具有不同调制频率的焦点各自激发的拉曼光信号，从而重构出反映样品信息的二维图像。