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线激光显微拉曼光谱成像系统设计

线激光显微拉曼光谱成像系统设计

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作者：刘博士山东大学

学位级别：硕士

将拉曼光谱技术与显微成像技术结合可以采集目标光谱及图像信息,从而获取物质成分及分布情况。共聚焦显微拉曼光谱成像系统结构复杂,对工作环境要求苛刻,很难应用于现场;而便携式拉曼光谱采集设备则一般不具备光谱成像功能。研究便携式... 详细信息

将拉曼光谱技术与显微成像技术结合可以采集目标光谱及图像信息,从而获取物质成分及分布情况。共聚焦显微拉曼光谱成像系统结构复杂,对工作环境要求苛刻,很难应用于现场;而便携式拉曼光谱采集设备则一般不具备光谱成像功能。研究便携式显微拉曼光谱成像系统技术对满足原位分析需求有重要意义。论文首先分析了光谱成像系统的典型结构,从拉曼信号特点和探测要求出发,对线激光显微拉曼光谱成像系统进行了总体设计,并通过光路仿真验证了总体设计的可行性。论文从微区探测的高分辨率需求和拉曼光谱信号的特点出发,选择了分辨率高、像素尺寸大、动态范围高、可致冷的kaf16803作为光谱成像探测器。针对kaf16803的特点,完成了包含电源模块、电压偏置模块、电平转换模块、温控模块等的成像电子学系统的电路设计。基于Xilinx XCZ7020器件进行了 CCD时序逻辑、温控逻辑、数据缓存逻辑、SD卡读写逻辑、SPI总线接口逻辑等固件程序设计,实现了 CCD数据输出、数据采集、数据缓存及存储功能。采用焦距12-120mm,光圈F1.8-F16连续可调的C 口工业相机镜头作为kaf16803的成像镜进行了初步测试,证明kaf16803驱动、AD9826采集转换等核心电路功能正常,整个成像电子学系统可以实现图像采集。为了方便调节成像聚焦镜与kaf16803距离并保证其与CCD靶面垂直,设计了初步的成像电子学系统外壳结构;该结构同时实现了 CCD的密封,为CCD制冷提供了必要条件。进行了温控性能测试,评估了温度对CCD噪声的影响,结果表明控温对抑制CCD噪声效果明显。搭建了由532nm激光器、可调倍率扩束镜、DOE均化器、532nm二向色镜、532nm陷波滤光片、40mm焦距柱面镜、1200线/mm闪耀光栅及200mm焦距成像聚焦镜组成的线激光显微拉曼光谱成像系统实验光路,使用实验室压片机及方解石粉末制作了实验样品,实验系统在积分时间50s、4MHz读出速率的情况下获得了方解石样品的荧光图像,初步证明了线激光显微拉曼光谱成像系统原理光路的合理性。但从成像质量方面看,系统在光栅、线激光聚焦镜片(柱面镜)等核心光学元件性能,光路结构和温控性能等方面存在较大优化空间。

关键词：拉曼光谱成像线激光 kaf-16803 温度控制

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