张蕊蕊， 赵维谦， 王 允， 邱丽荣

北京理工大学光电学院精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室， 北京 100081

引 言

共焦拉曼光谱技术同时继承了拉曼光谱的“分子指纹”特性和共焦显微技术的高分辨层析成像特性， 被广泛应用于材料科学[1]、 生物医学[2]、 物理化学[3]等领域。 由于共焦拉曼系统采用“点”激发和“点”探测的探测机制， 而且拉曼散射光谱信号强度微弱， 因此单点探测需要的积分时间较长， 导致整个成像时间可长达数小时甚至数十小时[4-5]。 在常规共焦拉曼光谱技术的成像过程中， 系统的轴向位置通常被认为是不变的。 但是， 在漫长的测量过程中系统容易受环境温度变化、 空气扰动等影响产生漂移， 导致样品不再位于焦平面位置， 样品的离焦会降低光谱信号强度以及拉曼图像分辨率[6-7]。 在大数值孔径的共焦拉曼系统中， 当离焦量大于1 μm时， 拉曼图像的分辨率下降量超过15%， 从而导致生成的图像模糊。 因此， 高精度定焦是补偿系统漂移并保证高图像质量的关键。

为了补偿系统漂移的影响， 通常采用以下两种方法： (1)在共焦拉曼系统中添加辅助聚焦光路， 用于确定探测过程中焦面的位置[8-12]。 例如， 彩色共焦显微镜[8-10]通过物镜使白光沿光轴聚焦， 并根据反射光的波长确定样品的表面位置。 该方法具有较宽的测量范围(毫米量级)， 但其定焦精度相对较低(微米量级)。 基于图像分析[11-12]的聚焦方法使用CCD采集不同轴向位置的样品图像， 然后利用具有最大对比度的图像确定样品位置， 该方法对于物镜的焦平面和CCD像平面的共轭光学以及样品表面的反射率均匀性均有严格的要求。……