顯微光譜系統(tǒng)

顯微光譜系統(tǒng)

顯微光譜系統(tǒng)，顧名思義即顯微鏡系統(tǒng)與光譜儀系統(tǒng)聯(lián)用，既有顯微鏡成像的功能，又有光譜分析的功能。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)微米級樣品的熒光光譜、反射光譜、透射光譜、拉曼光譜等光譜分析，普遍應(yīng)用于材料領(lǐng)域、生物技術(shù)、礦物分析、微納光學(xué)等領(lǐng)域。

系統(tǒng)圖

顯微系統(tǒng)圖

結(jié)構(gòu)組成

顯微光譜系統(tǒng)可分為三個模塊：照明模塊、光譜接收模塊以及成像模塊。

1.      照明模塊

顯微光譜系統(tǒng)的照明模塊一般分為科勒照明和共焦照明兩種。

a)     科勒照明的光源一般為顯微鏡自帶的鹵素?zé)簦ㄟ^透鏡組將鹵素?zé)艚z成像于物鏡的后焦平面上，如此，物體可獲得較為明亮且均勻的全場照明；其原理圖可見Figure 1.

圖1

b)     共焦照明是將照明光源（例如激光、氙燈等）通過光纖引入顯微光譜系統(tǒng)，光纖輸出端面經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)成像于物體面上，即入射端面與物體面共軛，實現(xiàn)定點照明或激發(fā)。

2.      光譜接收模塊

該模塊由光纖以及微型光譜儀組成，其中光纖接收光路為共焦接收，即接收面和物體面為共軛面，實現(xiàn)定點光譜接收。接收光纖一端接入顯微鏡光路，另一端連接至微型光譜儀，從而獲取物體微觀區(qū)域內(nèi)的光譜信息。

3.      成像模塊

該模塊為CCD相機(jī)，在顯微鏡的基礎(chǔ)上，將CCD/CMOS相機(jī)放置在物體面的共軛面上，在測量光譜的同時，可以實現(xiàn)物體圖像實時采集，即共軛成像。

圖2

系統(tǒng)特點

1)     操作簡便：顯微光譜系統(tǒng)是基于顯微鏡的光路進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化，增加光譜測量模塊。測量步驟可分為兩步，一為顯微鏡下查找物體，使物體在目鏡下呈清晰像，二為通過微型光譜儀采譜軟件對光譜進(jìn)行采集。

2)      物體小，區(qū)域可選：利用共焦原理，接收光纖僅能接收到光纖端面成像在物體面的區(qū)域，實現(xiàn)微小區(qū)域的光譜采集。采集區(qū)域的空間分辨率一般可以通過接收光纖芯徑除以物鏡放大倍數(shù)獲得。通過特別定制的光纖，可在采集區(qū)域的周圍形成一個圓環(huán)，實現(xiàn)對微小物體的區(qū)域選擇及定位。

3)     測量能力強(qiáng)：具備傳統(tǒng)顯微鏡所不具備的光譜測量功能，傳統(tǒng)顯微鏡只能提供圖像的獲取，從而對物體進(jìn)行形貌分析，無法獲得物體的光譜信息。顯微光譜測量系統(tǒng)，在保有物體圖像采集的功能外，還可對物體進(jìn)行不同區(qū)域光譜的采集與分析，更進(jìn)一步的了解物體的結(jié)構(gòu)與特性。

4)     擴(kuò)展功能多：可基于商用顯微鏡，通過光路切換器的設(shè)計與耦合，增加包含顯微鏡下的透反射、熒光以及拉曼光譜測量，限度滿足各類的科研需求。

典型顯微光譜測量

1)     顯微反射光譜測量：通常使用顯微鏡自帶的鹵素?zé)糇鳛檎彰鞴庠?，通過顯微鏡中的上反射光路照射在物體上（科勒照明），經(jīng)由物體反射后進(jìn)入接收光纖，利用微型光譜儀對接收到的反射光進(jìn)行采譜及分析。

2)     顯微透射光譜測量：通常使用顯微鏡自帶的鹵素?zé)糇鳛楣庠?，通過顯微鏡下面的透射光路照射到物體，光線透過物體后到達(dá)接收光纖，利用微型光譜儀對接收到的透射光進(jìn)行采譜及分析。

3)     顯微熒光光譜測量：將外界激光光源通過光纖或熒光探頭，經(jīng)由光路切換器耦合進(jìn)入顯微鏡系統(tǒng)，并聚焦于物體面，實現(xiàn)對物體的熒光激發(fā)。然后，通過對被激發(fā)點所返回的光進(jìn)行過濾（濾去激發(fā)激光），使得進(jìn)入接收光纖的光只保留所需的熒光信息，利用微型光譜儀對接收到的熒光進(jìn)行采譜及分析。

4)     顯微拉曼光譜測量：將外界激光光源（波長為532nm 或 785nm）通過拉曼探頭，經(jīng)由光路切換器耦合進(jìn)入顯微鏡系統(tǒng)，并聚焦于物體面，實現(xiàn)對物體的拉曼激發(fā)。然后，通過對被激發(fā)點所返回的光進(jìn)行過濾（濾去激發(fā)激光），使得進(jìn)入接收光纖的光只保留所需的拉曼以及熒光信息，利用微型光譜儀對接收到的拉曼光及熒光進(jìn)行采譜及分析。