光谱系统

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显微光谱系统

显微光谱系统

显微光谱系统,顾名思义即显微镜系统与光谱仪系统联用,既有显微镜成像的功能,又有光谱分析的功能。该系统可以实现微米级样品的荧光光谱、反射光谱、透射光谱、拉曼光谱等光谱分析,普遍应用于材料领域、生物技术、矿物分析、微纳光学等领域。

系统图


显微系统图

结构组成

显微光谱系统可分为三个模块:照明模块、光谱接收模块以及成像模块。

1.      照明模块

显微光谱系统的照明模块一般分为科勒照明和共焦照明两种。

a)     科勒照明的光源一般为显微镜自带的卤素灯,通过透镜组将卤素灯丝成像于物镜的后焦平面上,如此,物体可获得较为明亮且均匀的全场照明;其原理图可见Figure 1.


图1

b)     共焦照明是将照明光源(例如激光、氙灯等)通过光纤引入显微光谱系统,光纤输出端面经过光学系统成像于物体面上,即入射端面与物体面共轭,实现定点照明或激发。

2.      光谱接收模块

该模块由光纤以及微型光谱仪组成,其中光纤接收光路为共焦接收,即接收面和物体面为共轭面,实现定点光谱接收。接收光纤一端接入显微镜光路,另一端连接至微型光谱仪,从而获取物体微观区域内的光谱信息。

3.      成像模块

该模块为CCD相机,在显微镜的基础上,将CCD/CMOS相机放置在物体面的共轭面上,在测量光谱的同时,可以实现物体图像实时采集,即共轭成像。


图2

系统特点

1)     操作简便:显微光谱系统是基于显微镜的光路进行了改进和优化,增加光谱测量模块。测量步骤可分为两步,一为显微镜下查找物体,使物体在目镜下呈清晰像,二为通过微型光谱仪采谱软件对光谱进行采集。

2)      物体小,区域可选:利用共焦原理,接收光纤仅能接收到光纤端面成像在物体面的区域,实现微小区域的光谱采集。采集区域的空间分辨率一般可以通过接收光纤芯径除以物镜放大倍数获得。通过特别定制的光纤,可在采集区域的周围形成一个圆环,实现对微小物体的区域选择及定位。

3)     测量能力强:具备传统显微镜所不具备的光谱测量功能,传统显微镜只能提供图像的获取,从而对物体进行形貌分析,无法获得物体的光谱信息。显微光谱测量系统,在保有物体图像采集的功能外,还可对物体进行不同区域光谱的采集与分析,更进一步的了解物体的结构与特性。

4)     扩展功能多:可基于商用显微镜,通过光路切换器的设计与耦合,增加包含显微镜下的透反射、荧光以及拉曼光谱测量,最大限度满足各类的科研需求。

典型显微光谱测量

1)     显微反射光谱测量:通常使用显微镜自带的卤素灯作为照明光源,通过显微镜中的上反射光路照射在物体上(科勒照明),经由物体反射后进入接收光纤,利用微型光谱仪对接收到的反射光进行采谱及分析。

2)     显微透射光谱测量:通常使用显微镜自带的卤素灯作为光源,通过显微镜下面的透射光路照射到物体,光线透过物体后到达接收光纤,利用微型光谱仪对接收到的透射光进行采谱及分析。

3)     显微荧光光谱测量:将外界激光光源通过光纤或荧光探头,经由光路切换器耦合进入显微镜系统,并聚焦于物体面,实现对物体的荧光激发。然后,通过对被激发点所返回的光进行过滤(滤去激发激光),使得进入接收光纤的光只保留所需的荧光信息,利用微型光谱仪对接收到的荧光进行采谱及分析。

4)     显微拉曼光谱测量:将外界激光光源(波长为532nm 或 785nm)通过拉曼探头,经由光路切换器耦合进入显微镜系统,并聚焦于物体面,实现对物体的拉曼激发。然后,通过对被激发点所返回的光进行过滤(滤去激发激光),使得进入接收光纤的光只保留所需的拉曼以及荧光信息,利用微型光谱仪对接收到的拉曼光及荧光进行采谱及分析。


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