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激光显微拉曼光谱仪是一种综合了光学、电子、机械和计算机等技术,具有较高的空间分辨率,适用于固体定性分析和液体定量分析的微区无损检测系统。本文在深入研究激光共焦显微技术和拉曼光谱分析技术的基础上,自主研制了一台新型激光显微拉曼光谱仪样机,具有重复性好、分辨率高、线性度好、快速分析、微量样品和无损无接触检测等特点,同时本课题组为样机开发出了配套的计算机处理系统和光谱分析软件,到目前为止已经取得了部分实验成果。 本文首先介绍了共焦显微分析技术和拉曼光谱检测技术的发展历史、国内外研究现状和应用领域,说明了课题研究的背景、意义和目的,阐述了拉曼散射原理和激光共焦显微原理,并比较了两种显微技术的优缺点。在此基础上,结合本课题实际需要,提出了本课题的显微模式和结构,提出了激光显微拉曼光谱仪的总体设计方案包括测量方案和光路结构设计。 其次在显微系统中,为了实现内部照明光源和外部激发光源的切换,在照明光路的末端加入拉杆装置,并确保平行激光以最佳状态进入显微光轴。由于本课题的测量范围包括固体和液体样品,所以要为显微镜重新选配长工作距离平场消色差物镜,来保证激光束腰能够准确到达样品指定位置。 然后按照外光路设计要求,搭建外光路硬件系统,反复调试准直、滤波镜片,使出射激光在规定长度内满足平行度要求。完成上述工作后,将激光光源、显微镜系统、外光路系统、光纤光谱仪和计算机处理系统组装为一台完整的显微拉曼光谱仪样机,反复调试内外光路的耦合,直至样机达到最佳工作状态。接着对样机进行性能测试,通过实验详细验证了各项指标,如重复性,线性度和空间分辨率,并对光谱仪进行了标定,为其准确定性、定量分析提供了依据。 最后,利用调试成功的显微拉曼光谱仪进行样品微区检测。检测纹理明显的彩云石的指定位置,说明了其在空间分辨方面具有独特的优势,可以实现对样品的微区(即取样点)检测;检测多种矿物如方解石等并比对标准谱图来实现对未知矿石的定性分析;举例说明了显微拉曼光谱仪在宝石鉴定中的重要应用。