拉曼光谱仪的两种共焦显微术的对比

　　1 共焦显微术概述

　　共焦显微术已在拉曼光谱分析中广泛应用。它不但可以观测样品同一层面(平面)内不同微区的拉曼光谱信号，还能分别观测样品内深度不同的各个层面的拉曼信号，从而在不损伤样品的情况下达到进行“光学切片”的效果。共焦显微拉曼谱，在表面物理、电化学、半导体、纳米结构、薄膜材料等诸多研究领域都已成为重要的一种观测手段;对于生物样品的观测，矿物或宝石内包裹体的无损检测，刑侦物证的分析，以及古代文物特别是书法绘画和某些器物涂覆层的分层鉴定研究，也起着举足轻重的作用。

　　2 两种共焦方法

　　共焦显微术，通过其特殊的手段收集被测样品的有限微区内的信息。它将被测点(微区)以外(横向位置不同或轴向深度不同)的邻近区域即“非共焦区域”的信号予以滤除。在现阶段,共焦技术主要有两种类型：真共焦和简单共焦(也称赝共焦)。

　　2.1 真共焦显微镜

　　原理如图1所示，由图可见只有位于照射点处(图1中“多层样品”的中间层面上)的信号, 经由显微镜之后，能够完全通过“共焦针孔”。偏离光轴的任何邻近区域的信号都会被针孔阻挡(图1 中未画);即使在光轴上，在样品不同深度处(偏离照射点)的信号也因散焦而绝大部分通不过针孔(图 1 画出了这种情况)。这时， 位于取样点(即照射点)的“像斑”处的针孔起了空间滤波的作用;通过调节针孔孔径，可以控制及精确地界定被探测区域的轴向位置和横向尺寸。

　　还需指出，真共焦对于照明激发光源的处理也是很讲究的。先将激光束经透镜会聚至一个针孔(光源针孔)，成为典型的“点光源”。这个点光源发出的光束在显微光轴的侧面，经由分束板至显微光轴，再通过显微物镜会聚在样品的上述照射点处。这些，图 1中略去未画。这样处理之后，光源在照射点形成的光斑尺寸可以很小，以致接近于衍射极限。

　　光斑直径 d ≈ 1.22λ/ NA

　　式中:λ为激光波长;NA 为显微镜物镜的数值孔径。

　　通常以光斑直径 d 来表示共焦Raman 光谱仪的横向空间分辨率。例如, 用514nm激光, 100X显微镜物镜(数值孔径为0.9) 时,横向空间分辨率

　　d≈1.22x0.514/0.9μm≈0.57μm

　　这个光源针孔，还可以滤除激光器的等离子线和其他杂散干扰光。

　　由上述全部装置形成的光学系统，其“光源针孔”、“共焦针孔”相对于样品的照射点是共轭的，三者都在显微光学系统的“焦点”上，所以称“共焦”。

　　很容易理解，这样做会带来一系列好处：对样品扫描观测时 ，横向和轴向的空间分辨率都会大为提高;周围区域或环境产生的荧光背景和杂散干扰信号都被大为抑制; 最主要的是，可以无损进行分层扫描，达到“光学切片”效果，对样品进行三维的逐点、逐行、逐层的微区分析。