本發(fā)明涉及拉曼光譜測定法領(lǐng)域。更確切地，本發(fā)明涉及用于拉曼光譜儀的觀測設(shè)備和方法。

背景技術(shù)：
由于激光源的到來，拉曼光譜學(xué)已知快速擴(kuò)張并且在從基礎(chǔ)研究到工藝控制的工業(yè)應(yīng)用的各種領(lǐng)域中找到了當(dāng)今的應(yīng)用。拉曼光譜學(xué)基于多原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)或離子結(jié)構(gòu)(在氣體的情況下基于旋轉(zhuǎn)態(tài))的振蕩態(tài)之間的躍遷的測量，而無論樣品的物理狀態(tài)如何(氣體、液體、非晶或結(jié)晶固體)。被單色光源(激光)照射的樣品散射不再是單色而具有各種頻率的散射帶的光。因此，所獲得的光譜由三個(gè)散射源構(gòu)成：瑞利(Rayleigh)(彈性散射)、斯托克斯(斯托克斯)和反斯托克斯(anti-斯托克斯)散射(非彈性散射)帶。每個(gè)樣品的拉曼頻率是特定的并與激光頻率無關(guān)。因此拉曼光譜學(xué)允許對(duì)固體、液體、粉末或氣體進(jìn)行非破壞性的化學(xué)分析。近來，光學(xué)部件的小型化使得可能將拉曼光譜測定法與標(biāo)準(zhǔn)的光學(xué)顯微鏡法相結(jié)合，從而允許以測微空間分辨率分析樣品。激勵(lì)激光束通常被物鏡或光學(xué)透鏡聚焦。各種拉曼光譜測定設(shè)備具有允許照射樣品并且在屏幕上形成樣品圖像的觀測系統(tǒng)。觀測系統(tǒng)通常基于測量儀器的光路上的白光源(常規(guī)的燈)、觀測相機(jī)和可伸縮光學(xué)部件(諸如半透明板)的使用。觀測設(shè)備的設(shè)置允許在測量之前在樣品上進(jìn)行聚焦，例如這歸功于自動(dòng)聚焦系統(tǒng)。在這種設(shè)備中，為了通過拉曼光譜測定法對(duì)樣品進(jìn)行測量，必須從光路移除照明和觀測設(shè)備，例如，通過收回半透明板使其離開光路。然而，這種設(shè)備難以操縱。實(shí)際上，使用可伸縮光學(xué)部件意味著產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)模糊風(fēng)險(xiǎn)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。然而，當(dāng)通過觀測系統(tǒng)和通過拉曼測量系統(tǒng)觀測樣品時(shí)，光學(xué)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的非再現(xiàn)性將導(dǎo)致樣品上不同的焦點(diǎn)。在某些應(yīng)用中，期望根據(jù)時(shí)間執(zhí)行樣品的監(jiān)測，并且可以在一系列拉曼測量期間觀測樣品證明是有用的。在某些特定應(yīng)用中，甚至有必要與測量同時(shí)在樣品上聚焦或調(diào)整樣品上的焦點(diǎn)。然而，在拉曼測量期間使用照明設(shè)備可能干擾拉曼信號(hào)的測量。首先，激勵(lì)激光可能產(chǎn)生向著觀測相機(jī)的干擾光，該干擾光可能使所述相機(jī)的傳感器飽和并且阻止樣品的正確觀測。此外，在光路上諸如半透明板的另外的光學(xué)部件的永久存在，必然導(dǎo)致所檢測的拉曼信號(hào)減小。最后，照明源有可能不僅在樣品上而且在設(shè)備的內(nèi)部部件上產(chǎn)生干擾散射光，因此干擾了拉曼信號(hào)的測量。此外，測量拉曼信號(hào)的難度本質(zhì)上來源于相比于瑞利散射的強(qiáng)度拉曼散射的強(qiáng)度很低。因此，使用當(dāng)前的系統(tǒng)不可以同時(shí)執(zhí)行拉曼測量和樣品的觀測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的之一是提供觀測和拉曼光譜測定設(shè)備和方法。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供同時(shí)觀測樣品和通過拉曼光譜測定法測量樣品的設(shè)備和方法。本發(fā)明的目的在于消除這些缺陷，并且更具體地，本發(fā)明涉及用于拉曼光譜測定以及用于觀測樣品的光學(xué)設(shè)備，所述設(shè)備包括：-光學(xué)疊加裝置，其適于放置在激勵(lì)激光束的光路上和觀測束的光路上，以便形成向著樣品的組合的激勵(lì)和觀測入射束，所述激勵(lì)激光束具有以波長λ0為中心的光譜帶B0，所述觀測束具有與所述激光的光譜帶B0不同且與待測量的拉曼散射束的光譜帶BR不同的光譜帶BV；-光學(xué)分離裝置，其適于放置在來自樣品上的所述組合的激勵(lì)和觀測入射束的散射的收集束的路徑上，所述光學(xué)分離裝置包括：i.第一濾波裝置，其適于將所述收集束空間分離成第一和第二次級(jí)束，所述第一次級(jí)束包括選自所述激光的光譜帶B0、所述觀測束的光譜帶BV以及所述拉曼散射束的光譜帶BR的光譜帶，所述第二次級(jí)束包括所述激光的光譜帶B0、所述觀測束的光譜帶BV以及所述拉曼散射束的光譜帶BR中的兩個(gè)其它剩余的光譜帶；ii.第二濾波裝置，其放置在所述第二次級(jí)束的路徑上并且適于將所述第二次級(jí)束空間分離成第一和第二三級(jí)束，所述第一和第二三級(jí)束每一個(gè)分別包括所述激光的光譜帶B0、所述觀測束的光譜帶BV以及所述拉曼散射束的光譜帶BR中的所述兩個(gè)剩余光譜帶中的一個(gè)。根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例，所述光學(xué)疊加裝置與所述第一濾波裝置合并。根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例，所述光學(xué)疊加裝置與所述第二濾波裝置合并。根據(jù)本發(fā)明的各種特定方面，所述光學(xué)疊加裝置包括：-適于反射具有光譜帶B0的所述激勵(lì)激光束以及透射具有光譜帶BV的所述觀測束的光學(xué)濾波器；-適于透射具有光譜帶B0的所述激勵(lì)激光束以及反射具有光譜帶BV的所述觀測束的光學(xué)濾波器；-所述第一濾波裝置包括適于反射所述第一次級(jí)束并且透射所述第二次級(jí)束的光學(xué)濾波器；-所述第一濾波裝置包括適于透射所述第一次級(jí)束并且反射所述第二次級(jí)束的光學(xué)濾波器；-所述第二濾波裝置包括適于反射所述第一三級(jí)束并且透射所述第二三級(jí)束的光學(xué)濾波器；-所述第二濾波裝置包括適于透射所述第一三級(jí)束并且反射所述第二三級(jí)束的光學(xué)濾波器；-在高通、低通、帶通或陷波濾波器中選擇所述光學(xué)濾波器；-所述激光的光譜帶B0、所述觀測束的光譜帶BV以及所述拉曼散射束的斯托克斯線的光譜帶BR以波長限定為：BV<B0<BR-所述激光的光譜帶B0、所述觀測束的光譜帶BV以及所述拉曼散射束的斯托克斯線的光譜帶BR以波長限定為：B0<BR<BV-所述激光的光譜帶B0、所述觀測束的光譜帶BV以及所述拉曼散射束的反斯托克斯線的光譜帶BR以波長限定為：BV<BR<B0-所述激光的光譜帶B0、所述觀測束的光譜帶BV以及所述拉曼散射束的反斯托克斯線的光譜帶BR以波長限定為：BR<B0<BV。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明的設(shè)備還包括:至少一個(gè)激勵(lì)激光源，其適于產(chǎn)生具有以波長λ0為中心的光譜帶B0的激勵(lì)激光束；觀測光源，其適于產(chǎn)生具有與所述激光的光譜帶B0不同的光譜帶BV的觀測束；觀測裝置，其適于檢測處于所述光譜帶BV中的收集束；檢測裝置，其適于檢測處于所述光譜帶BR中的拉曼散射束，以及適于向著所述樣品引導(dǎo)所述組合的激勵(lì)和觀測入射束的光學(xué)系統(tǒng)；適于向著所述觀測裝置引導(dǎo)具有光譜帶BV的所述次級(jí)或三級(jí)束的光學(xué)系統(tǒng)；以及適于向著所述檢測裝置引導(dǎo)處于光譜帶BR中的所述次級(jí)或三級(jí)拉曼散射束的光學(xué)系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，所述激勵(lì)激光束包括至少一個(gè)以波長λ'0為中心的第二光譜帶B'0，所述激勵(lì)光譜帶B0和B'0不同于所述觀測光譜帶BV(2)，所述激勵(lì)激光束(1)適于產(chǎn)生包括拉曼散射光譜帶BR和拉曼散射光譜帶B'R的拉曼散射束，所述帶BR和B'R分別不同于所述激勵(lì)光譜帶B0和B'0和所述觀測光譜帶BV；并且所述設(shè)備包括光學(xué)濾波裝置，該光學(xué)濾波裝置適于分割所述收集束以便將所述收集束空間分離成多個(gè)衍生束，所述多個(gè)衍生束包括：包含所述觀測束的光譜帶BV的第一衍生束、至少一個(gè)包含拉曼散射光譜帶BR和/或拉曼散射光譜帶B'R的第二衍生收集束、至少一個(gè)包含激勵(lì)激光束的光譜帶B0和/或光譜帶B'0的第三衍生收集束。根據(jù)特定方面，本發(fā)明的設(shè)備還包括:-自動(dòng)聚焦調(diào)整裝置，和/或-圖像穩(wěn)定化裝置，其耦合到用于相對(duì)于所述激勵(lì)激光束相對(duì)移動(dòng)目標(biāo)的裝置。本發(fā)明也涉及一種用于拉曼光譜測定并且用于觀測樣品的方法，該方法包括如下步驟：-疊加具有以波長λ0為中心的光譜帶B0的激勵(lì)激光束和具有光譜帶BV的觀測束，以便將組合的激勵(lì)和照明束引導(dǎo)到樣品上，所述光譜帶BV不同于λ0并且不同于待測量的拉曼散射束的光譜帶BR；-收集由所述樣品散射的光束；-將收集束在空間以及光譜上分離成兩個(gè)次級(jí)束，第一次級(jí)束包括選自所述激光的光譜帶B0、所述觀測束的光譜帶BV以及所述拉曼散射束的光譜帶BR的光譜帶，以及第二次級(jí)束包括所述激光的光譜帶B0、所述觀測束的光譜帶BV以及所述拉曼散射束的光譜帶BR中的兩個(gè)其它剩余的光譜帶；-在空間上和光譜上將所述第二次級(jí)束分成兩個(gè)三級(jí)束，每一個(gè)所述三級(jí)束包括所述激光的光譜帶B0、所述觀測束的光譜帶BV以及所述拉曼散射束的光譜帶BR中的所述兩個(gè)剩余光譜帶之一；-檢測包括所述拉曼散射束的光譜帶BR的所述次級(jí)或三級(jí)收集束；-檢測包括所述觀測束的光譜帶BV的所述次級(jí)或三級(jí)收集束。本發(fā)明將特別有利地用于拉曼光譜測定設(shè)備。本發(fā)明也涉及從下面的描述中變得顯而易見的并且必須單獨(dú)或者以其任何技術(shù)上可能的組合被考慮的特征。附圖說明參照附圖，通過以非限制性實(shí)例給出的該描述將使得對(duì)如何實(shí)施本發(fā)明有更好的理解，在附圖中：圖1示意性示出了激勵(lì)激光束、照明和觀測束以及拉曼散射束的強(qiáng)度的光譜分布；圖2示意性示出了本發(fā)明的設(shè)備的說明性實(shí)現(xiàn)方式，示出了不同的入射和散射束的光路；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的設(shè)備；圖4示意性示出了在圖3的設(shè)備中使用的部件的強(qiáng)度譜；圖5示出了光譜帶分布的第一種情況；圖6-9示出了使用圖5的光譜帶分布的各種實(shí)施例；圖10示出了光譜帶分布的第二種情況；圖11-18示出了使用圖10的光譜帶分布的各種實(shí)施例；圖19示出了光譜帶分布的第三種情況；圖20-23示出了使用圖19的光譜帶分布的各種實(shí)施例；圖24示出了光譜帶分布的第四種情況；圖25-28示出了使用圖24的光譜帶分布的各種實(shí)施例。具體實(shí)施方式本發(fā)明提出了一種濾波裝置，用于在沒有移動(dòng)零件情況下并且可能同時(shí)地進(jìn)行拉曼測量以及觀測樣品。思想是利用特定的光譜范圍來照明和光看樣品，該光譜范圍與激光的以及所產(chǎn)生的拉曼范圍的光譜范圍分離。圖1非常示意性地示出了各種測量和觀測束的強(qiáng)度的光譜分布。激勵(lì)激光束具有波長λ0以及以波長λ0為中心的光譜帶B0，所述光譜帶B0非常窄。激勵(lì)激光束(1)通過拉曼散射在樣品上產(chǎn)生拉曼散射束，拉曼散射束的線位于光譜帶BR中，光譜帶BR由圖1中的曲線(3)示意性示出。本發(fā)明的一個(gè)方面在于使用具有與激光的光譜帶B0和待測量的光譜帶BR不同的光譜帶BV的觀測束。圖2示意性示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的設(shè)備的說明性實(shí)現(xiàn)方式，示出了各種束的路徑。圖2的設(shè)備允許將入射激光束與入射照明束疊加，以及根據(jù)被樣品(7)散射并且由物鏡(6)收集的束的各種光譜成分，更確切地，根據(jù)光譜帶B0、BV和BR，同時(shí)分離所述被樣品(7)散射并且由物鏡(6)收集的束。束(21)是具有光譜帶B0(瑞利散射)的激勵(lì)激光的背散射束。束(3)是具有光譜成分BR的拉曼散射束。觀測束(22)是照明束(2)的瑞利背散射束，其具有光譜成分BV。濾波器(12)透射拉曼散射束(3)并且反射瑞利散射束(21)和(22)。濾波器(13)透射由樣品(7)散射的觀測束(22)并且反射具有激光的波長的瑞利散射束。分離板(16)例如向著觀測相機(jī)(未示出)透射由樣品散射的觀測束(22)。拉曼散射束(3)可以向著拉曼光譜儀透射以提供處于光譜帶BR的拉曼線的測量。因此，圖2的設(shè)備允許由于觀測束(22)而觀測樣品以及由于拉曼散射束(3)而同時(shí)執(zhí)行拉曼測量，拉曼散射束(3)與激光束和照明束的瑞利散射分開。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的設(shè)備。圖3的設(shè)備可以直接與拉曼光譜儀耦合或者相對(duì)于拉曼光譜儀偏移以最靠近樣品放置，然后該設(shè)備通過光纖與拉曼光譜儀連接。外殼(20)包括入口/出口(10)，用于耦合激勵(lì)激光束并且將其引導(dǎo)向第一反射鏡(14)。激光束(1)被濾波器(13)透射并且被濾波器(12)反射以穿過光學(xué)聚焦部件(15)向著樣品透射。外殼(20)包括觀測源(11)，該觀測源(11)例如是發(fā)射波長范圍為500-550nm的綠LED。觀測源(11)產(chǎn)生觀測束(2)，觀測束(2)被導(dǎo)向分離板(16)并且向著濾波器(13)透射。濾波器(13)向著濾波器(12)反射束(2)，濾波器(12)也向著樣品反射觀測束(2)，從而將其與激勵(lì)激光束(1)相疊加。通過光學(xué)聚焦部件(15)收集的散射束包括拉曼散射束(3)，拉曼散射束(3)被濾波器(12)向著模塊(18)透射，模塊(18)可以是拉曼光譜儀或者向偏移拉曼光譜儀透射拉曼散射束(3)的光纖連接器。具有激光的波長λ0的被樣品散射的束被濾波器(12)反射、被濾波器(13)透射并且被重新導(dǎo)向入口/出口(10)。所收集的束也包括處于觀測源的光譜帶BV中的成分。觀測束(22)被濾波器(12)以及被濾波器(13)反射，并且被分離板(16)透射。觀測束(22)被觀測相機(jī)(17)引導(dǎo)。已經(jīng)為波長λ0為660nm的激勵(lì)激光制作了基于圖3的圖示的偏移光纖探針的原型，但是該原理可應(yīng)用于任何設(shè)備。濾波器(12)反射激光(660nm)、短波長照明(小于660nm)以及被樣品反射的光。濾波器(12)透射波長自665nm的拉曼散射束，以波數(shù)計(jì)，拉曼范圍在400-3500cm-1之間延伸。濾波器(13)透射660nm的激光束并且反射較短波長的照明束。分離板(16)允許將從照明源到達(dá)樣品的照明束(2)與從樣品到達(dá)觀測相機(jī)的觀測束(22)分離。圖3的設(shè)備與共焦視頻系統(tǒng)兼容。激勵(lì)激光通過核直徑為5-6微米的光纖耦合到入口連接器(10)。該探針通過核直徑為約100微米的光纖連接到拉曼光譜儀。照明源是綠LED，其孔徑為15°并且光強(qiáng)度為約6800mcd。圖4示意性示出了所使用的不同源和濾波器的相對(duì)光譜響應(yīng)。激光束(1)具有波長λ0以及非常窄的光譜帶B0。參考與觀測源(11)的發(fā)射的光譜曲線對(duì)應(yīng)的曲線(2)。觀測相機(jī)(17)的光譜檢測曲線具有很寬的光譜，最大靈敏度在觀測源的光譜帶BV周圍。濾波器(12)是截止波長剛好在激光的波長λ0以上的高通濾波器，而濾波器(13)使激光的波長通過并且反射觀測光譜帶BV的波長。圖1-4關(guān)于本發(fā)明的特定實(shí)施例描述了本發(fā)明的原理。然而，根據(jù)不同的觀測光譜帶BV、激光激勵(lì)光譜帶B0和拉曼散射光譜帶BR的相應(yīng)位置，基于同一原理的很多變型是有效的并且將在圖5-28的具體實(shí)例中顯現(xiàn)出來。圖5示意性示出了第一種情況，根據(jù)該情況，激勵(lì)波長λ0限定光譜帶B0。旨在測量處于與斯托克斯線對(duì)應(yīng)(即，具有比激光的激勵(lì)波長λ0更長的波長)的光譜帶BR中的拉曼散射線。觀測光譜帶BV處于比激勵(lì)波長λ0更短的波長。例如，激光可以具有660nm的波長，并且可以在可視光譜的藍(lán)-綠-黃范圍內(nèi)進(jìn)行觀測。在圖6-9中，激勵(lì)激光束(1)以實(shí)線示出，斯托克斯拉曼散射束(3)以點(diǎn)劃線示出。在本說明書的下文中，通過公共的虛線(2)示出了入射到樣品上的照明束和被樣品散射的觀測束，照明束和觀測束在直到未示出的分離板(16)的往返路徑上疊加。圖6示出了使用圖5的光譜帶的分布的第一實(shí)施例。激勵(lì)激光束(1)被濾波器(13a)透射并且被濾波器(12a)反射向聚焦物鏡(6)。觀測束(2)被濾波器(13a)反射并且然后被濾波器(12a)反射向聚焦物鏡(6)。所收集的束包括被濾波器(12a)透射的拉曼散射束(3)。所收集的散射束也包括被濾波器(12a)反射然后被濾波器(13a)反射的觀測束。濾波器(13a)是截止波長位于觀測帶BV和激光的帶B0之間的高通或帶通濾波器。濾波器(12a)是截止波長位于激光的波長λ0和拉曼散射的帶BR之間的高通濾波器。因此，濾波器(13a)用于向著樣品在散射束上疊加激勵(lì)激光束和照明束，以將觀測束與處于激光波長處的背散射分開。濾波器(12a)用于分離一方面的拉曼散射束(3)與另一方面的處于激光的光譜帶B0和觀測束的光譜帶BV中的散射束的光譜成分。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的第二實(shí)施例，其仍使用根據(jù)圖5的圖示的光譜分布。不像圖6，激光束(1)在被濾波器(12b)反射之前首先被濾波器(13b)反射。對(duì)稱地，照明束在被濾波器(12b)反射之前被濾波器(13b)透射。收集的散射束被引導(dǎo)向第一濾波器(12b)，該第一濾波器(12b)透射拉曼散射束(3)并反射在激光的光譜帶B0和觀測束的光譜帶BV中的散射束的成分。濾波器(13b)將散射的觀測束與處于激光的波長的散射束分開。與圖6中一樣，濾波器(12b)是截止波長在激光的波長λ0和拉曼光譜帶BR之間的高通濾波器。濾波器(13b)是截止波長在觀測光譜帶BV和光譜帶B0之間的低通或陷波濾波器，其透射光譜帶BV中的束并且反射波長在光譜帶B0中的束。圖8示意性示出了基于圖5的圖示的光譜分布的第三實(shí)施例。激勵(lì)激光束(1)被濾波器(13c)透射并且然后被濾波器(12c)透射向物鏡(6)。照明束(2)被濾波器(13c)反射并且被濾波器(12c)透射。拉曼散射束(3)被濾波器(12c)反射。處于觀測光譜帶BV中的散射束被濾波器(12c)透射并且被濾波器(13c)反射。濾波器(13c)是截止波長在觀測光譜帶BV和光譜帶B0之間的高通或帶通濾波器，其透射光譜帶B0并且反射光譜帶BV。濾波器(12c)是截止波長在光譜帶B0和拉曼帶BR之間的低通濾波器，其透射光譜帶BV以及光譜帶B0的波長并且反射波長在光譜帶BR中的束。圖9示意性示出了基于圖5的圖示的光譜分布的第四實(shí)施例。該設(shè)備包括濾波器(12d)、濾波器(13d)和物鏡(6)。激勵(lì)激光束(1)被濾波器(13d)反射并且然后被濾波器(12d)透射向物鏡(6)。照明和觀測束(2)被濾波器(13d)和濾波器(12d)反射。所收集的拉曼散射束(3)被濾波器(12d)反射，而處于觀測束的光譜帶BV中的散射束被濾波器(12d)和濾波器(13d)透射。濾波器(13d)是截止波長在觀測帶BV和激光的帶B0之間的低通或陷波濾波器，其透射觀測束BV并且反射帶B0。濾波器(12d)是透射帶B0和BV且反射拉曼散射帶BR的低通濾波器。濾波器(12d)具有介于帶B0和帶BR之間的截止波長。圖10示出了如下光譜帶的分布的第二種情況：激光激勵(lì)光譜帶、斯托克斯拉曼(光譜帶BR)和反斯托克斯拉曼(光譜帶BRaS)帶、以及觀測帶BV。例如，激勵(lì)激光的波長λ0為473nm，而觀測光譜帶BV處于可見光譜的黃-紅部分，例如處于大于600nm的波長范圍。斯托克斯拉曼帶處于比激光激勵(lì)波長λ0長且比本身比觀測帶BV短的波長λ1短的波長。反斯托克斯拉曼散射帶處于比激光激勵(lì)波長λ0更短的波長。圖11、12、13、14、17和18所示的配置允許單獨(dú)執(zhí)行斯托克斯拉曼測量，或者進(jìn)行同時(shí)的斯托克斯和反斯托克斯拉曼測量，如下文中所述。圖11示出了根據(jù)圖10的光譜分布的第一實(shí)施例。首先將針對(duì)單獨(dú)測量斯托克斯線，然后針對(duì)斯托克斯線和反斯托克斯線的測量，描述圖11的實(shí)施例。·用于斯托克斯模式的圖11的配置激勵(lì)激光束(1)被濾波器(13e)透射并且被濾波器(12d)反射。照明和觀測束(2)被濾波器(12e)透射，該濾波器(12e)再次透射觀測帶BV中的散射束。濾波器(12e)反射拉曼散射束(3)。濾波器(13e)反射拉曼散射束(3)。在斯托克斯配置中，濾波器(13e)是透射帶B0并且反射帶BR的低通濾波器，因此，其具有位于帶B0和帶BR之間的截止波長。濾波器(12e)是透射觀測帶BV并且反射光譜帶B0和BR的高通濾波器。濾波器(12e)是截止波長在拉曼帶BR和觀測帶BV之間的濾波器?！び糜谒雇锌怂购头此雇锌怂鼓Ｊ降膱D11的配置在旨在測量斯托克斯和反斯托克斯線的圖11的配置中，濾波器(13e)是透射帶B0且反射斯托克斯拉曼帶BR和反斯托克斯拉曼帶BRaS的帶通濾波器?！D12的配置圖12示意性示出了基于圖10的圖示的光譜分布的第二實(shí)施例。圖12的設(shè)備包括反射激勵(lì)激光束(1)的濾波器(13f)。照明和觀測束(2)被濾波器(12f)透射，濾波器(12f)反射散射的拉曼散射束(3)并且透射處于觀測帶BV中的散射束的部分。濾波器(13f)將拉曼散射束(3)與處于激光波長的瑞利散射束分開。濾波器(12f)是透射觀測帶BV并且反射光譜帶B0和BR的高通濾波器，并且具有在BR和BV之間的截止波長。濾波器(13f)透射拉曼散射光譜帶BR并且反射激光帶B0。在旨在僅測量斯托克斯拉曼散射帶的情況下，濾波器(13f)是截止波長在光譜帶B0和BR之間的高通濾波器。在旨在同時(shí)測量斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射線的情況下，濾波器(13f)是反射激勵(lì)激光束的光譜帶B0并透射斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射帶BR與BRaS的陷波濾波器。圖13示出了根據(jù)圖10的光譜分布的第三實(shí)施例。濾波器(12g)通過反射激光束(1)并透射處于光譜帶BV中的照明和觀測束(2)，來疊加激勵(lì)激光束(1)與照明和觀測束(2)。濾波器(12g)透射處于光譜帶BV中的觀測束和拉曼散射束(3)并且反射處于光譜帶B0中的瑞利散射束。濾波器(13g)透射處于光譜帶BV中的觀測束(2)并反射拉曼散射束(3)。濾波器(13g)是截止波長在拉曼光譜帶BR和觀測帶BV之間的高通濾波器，其透射觀測帶BV并且反射光譜帶BR。在期望僅測量斯托克斯線的拉曼光譜帶的情況下，濾波器(12g)是透射光譜帶BR、光譜帶BV并且反射光譜帶B0的高通濾波器。在期望測量斯托克斯和反斯托克斯線二者時(shí)，濾波器(12g)是反射光譜帶B0、透射反斯托克斯拉曼光譜帶、斯托克斯拉曼光譜帶和觀測光譜帶BV的陷波濾波器。圖14示出了根據(jù)圖10的光譜分布的第四實(shí)施例。濾波器(12h)允許向著樣品疊加激勵(lì)激光束(1)與照明和觀測束(2)。在收集的散射束上，濾波器(12h)反射處于光譜帶B0中的瑞利散射的散射信號(hào)，透射處于光譜帶BV中的觀測束以及處于光譜帶BR或BRaS中的瑞利散射束。濾波器(13h)是透射拉曼散射帶BR并且反射觀測光譜帶BV的低通濾波器。在僅測量斯托克斯線的情況下，濾波器(12h)是截止波長在光譜帶B0和光譜帶BR之間的高通濾波器，用于反射光譜帶B0以及透射光譜帶BR和BV。在期望測量斯托克斯線和反斯托克斯線的情況下，濾波器(12h)是反射光譜帶B0且透射斯托克斯和反斯托克斯光譜帶BR與BRaS以及觀測光譜帶BV的線的陷波濾波器。圖15示出了按照?qǐng)D10的分布測量斯托克斯拉曼線的第一實(shí)施例。濾波器(13i)允許向著物鏡(6)和樣品疊加激勵(lì)激光束(1)與照明和觀測束(2)。濾波器(12i)透射激勵(lì)激光束(1)和觀測束(2)。在所收集的散射束上，濾波器(12i)將拉曼散射束(3)與觀測束(2)分離。濾波器(13i)反射觀測束(2)并透射處于激光波長的瑞利散射束。濾波器(13i)是透射帶B0并且反射帶BV的低通濾波器。濾波器(12i)是透射帶B0、反射拉曼帶BR且透射觀測帶BV的寬陷波濾波器。圖16示出了根據(jù)圖10的光譜分布僅測量斯托克斯拉曼線的另一實(shí)施例。圖16的設(shè)備包括濾波器(13j)，該濾波器(13j)通過反射處于光譜帶B0的激光束以及透射處于光譜帶BV的觀測束，疊加激勵(lì)激光束(1)和觀測束。濾波器12j同時(shí)透射激勵(lì)激光束以及照明和觀測束(2)。濾波器(12j)反射處于光譜帶BR的拉曼散射束(3)，并且透射處于光譜帶B0中的激光波長的瑞利散射束以及處于光譜帶BV中的被樣品散射的觀測束(2)。濾波器(13j)將處于光譜帶BV中的觀測束(2)與處于光譜帶B0中的瑞利散射束分開。濾波器(12j)是透射光譜帶B0、反射拉曼光譜帶BR且透射觀測帶BV的寬陷波濾波器。濾波器(13j)是截止波長在光譜帶B0和觀測帶BV之間的高通濾波器。圖17示出了與圖10的圖示的光譜分布有關(guān)的另一實(shí)施例。該設(shè)備包括濾波器(12k)，該濾波器(12k)通過透射處于光譜帶B0的激光束以及反射處于光譜帶BV的觀測束，疊加激勵(lì)激光束(1)和觀測束(2)。所收集的散射束包括被濾波器(12k)反射的處于觀測帶BV中的光譜成分。濾波器(12k)是透射光譜帶B0和拉曼散射光譜帶BR且反射觀測帶BV的低通濾波器。濾波器(13k)透射處于拉曼光譜帶中的拉曼散射束(3)并且反射處于光譜帶B0中的瑞利散射束。為了測量斯托克斯線，濾波器(13k)可以是截止波長位于光譜帶B0和斯托克斯拉曼光譜帶BR之間的高通濾波器。為了同時(shí)測量斯托克斯和反斯托克斯線，濾波器(13k)是反射光譜帶B0并透射斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射光譜帶BR與BRaS的陷波濾波器。圖18示出了按照?qǐng)D10的路徑的光譜分布的另一實(shí)施例。該設(shè)備包括濾波器(12l)，該濾波器(12l)允許通過透射激勵(lì)激光束(1)以及反射觀測束(2)而疊加激勵(lì)激光束和觀測束(2)。在散射束上，濾波器(12l)允許提取處于觀測光譜帶BV的觀測束并且透射處于帶BR的拉曼散射信號(hào)以及處于光譜帶B0的瑞利散射信號(hào)。濾波器(12l)是透射帶B0和帶BR并且反射帶BV的低通濾波器，因此具有大于波長λ0的介于拉曼帶BR和觀測光譜帶BV之間的截止波長。濾波器(13l)反射拉曼散射信號(hào)并且透射處于光譜帶B0的瑞利散射信號(hào)。為了僅測量斯托克斯拉曼線，濾波器(13l)是透射光譜帶B0并且反射拉曼光譜帶BR的低通濾波器。在期望同時(shí)測量斯托克斯和反斯托克斯散射線的情況下，濾波器(13l)是僅透射光譜帶B0并反射斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射光譜帶BR與BRaS的帶通濾波器。圖19示出了在測量反斯托克斯和斯托克斯拉曼線的情況下激光激勵(lì)和觀測帶的光譜分布的第三種情況。此處，觀測帶BV處于比反斯托克斯拉曼線散射帶BRaS短的波長。關(guān)于圖20-23描述的配置允許單獨(dú)進(jìn)行斯托克斯拉曼線的測量，或者同時(shí)進(jìn)行斯托克斯和反斯托克斯拉曼線的測量。在圖20中，濾波器(12m)允許疊加激勵(lì)激光束(1)和觀測束(2)。激勵(lì)激光束(1)被濾波器(12m)透射且觀測束(2)被濾波器(12m)反射。在散射束上，濾波器(12m)允許提取處于觀測帶BV的散射束并且透射拉曼散射束(3)以及處于光譜帶B0的瑞利散射束。濾波器(12m)是截止波長在觀測帶BV和反斯托克斯拉曼散射帶之間的高通濾波器。濾波器(12m)透射帶B0、BRaS中的信號(hào)并且可能透射斯托克斯帶BR中的信號(hào)，并且反射觀測帶BV。在期望僅測量反斯托克斯線的情況下，濾波器(13m)是透射光譜帶B0且反射反斯托克斯拉曼散射光譜帶的高通濾波器。在期望同時(shí)測量斯托克斯和反斯托克斯線的情況下，濾波器(13m)是透射光譜帶B0且反射斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射帶的帶通濾波器。圖21示出了與圖19示意性示出的分布對(duì)應(yīng)的另一實(shí)施例。該設(shè)備包括濾波器(12n)和濾波器(13n)。濾波器(12n)允許通過反射束(2)和透射束(1)來疊加激勵(lì)激光束(1)與觀測束(2)。在所收集的散射束上，濾波器(12n)允許提取處于觀測帶BV中的散射束并且透射處于帶B0中的散射束以及拉曼散射帶。濾波器(13n)允許將處于激勵(lì)激光的光譜帶B0中的散射束與拉曼散射束(3)分開。濾波器(12n)是透射光譜帶B0和BRaS(反斯托克斯拉曼)且反射觀測光譜帶BV的高通濾波器。在期望僅測量反斯托克斯線的情況下，濾波器(13n)是透射反斯托克斯散射帶BRaS并且反射光譜帶B0的低通濾波器。在期望測量斯托克斯和反斯托克斯拉曼線二者的情況下，濾波器(13n)是反射光譜帶B0并透射斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射光譜帶BR與BRaS的陷波濾波器。圖22還示出了根據(jù)圖19的圖示的另一實(shí)施例，其中濾波器(12o)通過反射激光束(1)并透射處于光譜帶BV中的照明和觀測束(2)，來疊加激勵(lì)激光束(1)與照明和觀測束(2)。在散射束上，濾波器(12o)透射處于觀測帶BV中的散射束并且反射處于拉曼散射帶中的和處于瑞利散射帶B0中的散射束。濾波器(12o)是透射觀測帶BV并且反射反斯托克斯散射帶BR、帶B0以及可能的斯托克斯拉曼散射帶的低通濾波器。濾波器(13o)透射處于拉曼光譜帶中的散射束并且反射處于激光光譜帶B0中的瑞利散射束。在期望僅測量反斯托克斯帶的情況下，濾波器(13o)是透射反斯托克斯散射帶并且反射光譜帶B0的低通濾波器。在期望同時(shí)測量斯托克斯和反斯托克斯線的情況下，濾波器(13o)是反射光譜帶B0并透射斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射光譜帶BR與BRaS的陷波濾波器。圖23描繪了與圖19的光譜分布有關(guān)的第四實(shí)施例。濾波器(12p)通過反射激勵(lì)激光束并透射處于光譜帶BV中的照明和觀測束，來疊加激勵(lì)激光束(1)與照明和觀測束(2)。在收集的散射束上，濾波器(12p)透射處于觀測光譜帶BV的觀測束并且反射處于光譜帶BR的拉曼散射信號(hào)以及處于光譜帶B0的瑞利散射的散射束。因此濾波器(12p)允許提取觀測束(2)。濾波器(13p)允許將處于光譜帶B0中的瑞利散射束與拉曼散射束(3)分開。濾波器(12p)是透射觀測帶BV，反射反斯托克斯拉曼散射帶和光譜帶B0的低通濾波器。在期望僅測量反斯托克斯線的情況下，濾波器(13p)是透射光譜帶B0且反射反斯托克斯拉曼散射帶BRaS的高通濾波器。在期望同時(shí)測量斯托克斯和反斯托克斯線的情況下，濾波器(13p)是透射光譜帶B0并反射斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射光譜帶BR與BRaS的帶通濾波器。圖24示出了第四種情況，其中期望僅測量反斯托克斯拉曼線的散射并且觀測光譜帶BV位于激勵(lì)激光帶B0之上。圖25-28示出了根據(jù)圖24的光譜帶分布的各種實(shí)施例。在圖25中，濾波器(13q)允許疊加被濾波器(13q)反射的激勵(lì)激光束和被該濾波器透射的觀測束(2)。在散射束上，濾波器(12q)反射處于反斯托克斯拉曼帶中的散射束并且透射處于觀測帶中的和處于光譜帶B0中的散射束。濾波器(13q)允許透射處于觀測帶BV中的散射信號(hào)以及反射處于光譜帶B0中的瑞利散射束。濾波器(12q)是截止波長在反斯托克斯拉曼光譜帶BRaS和光譜帶B0之間的高通濾波器，因此其透射光譜帶B0和觀測帶BV并且反射反斯托克斯拉曼光譜帶。濾波器(13q)是截止波長在觀測帶和帶B0之間的高通或陷波濾波器，其透射光譜帶BV并且反射光譜帶B0。圖26描繪了與圖24的光譜分布有關(guān)的第二實(shí)施例。濾波器(13r)允許疊加被濾波器(13r)透射的激勵(lì)激光束(1)與被濾波器(13r)反射的觀測束(2)。濾波器(12r)透射組合的激勵(lì)和觀測束。在散射束上，濾波器(12r)反射反斯托克斯拉曼散射束(3)并且透射處于光譜帶B0和觀測帶BV中的散射束。濾波器(13r)將處于觀測束BV中的散射束與處于帶B0中的散射束分開。濾波器(12r)是截止波長在反斯托克斯拉曼散射帶和帶B0之間的高通濾波器。因此，濾波器(12r)反射反斯托克斯拉曼帶并且透射光譜帶B0和BV。濾波器(13r)是透射光譜帶B0并且觀測帶BV的低通或帶通濾波器。圖27描繪了與圖24的光譜分布有關(guān)的第三實(shí)施例。濾波器(12s)允許疊加反射的激勵(lì)激光束(1)與透射的照明和觀測束(2)。在所收集的散射束上，濾波器(12s)透射處于觀測帶BV中的散射束并且反射處于光譜帶B0中的和處于反斯托克斯拉曼散射帶BRaS中的散射束。濾波器(12s)是截止波長在光譜帶B0和觀測帶BV之間的高通濾波器。濾波器(13s)反射處于反斯托克斯拉曼散射帶BRaS中的拉曼散射束(3)并且透射處于光譜帶B0中的瑞利散射束。濾波器(13s)是截止波長在反斯托克斯拉曼散射帶與帶B0之間的高通或帶通濾波器，以便透射帶B0并且反射反斯托克斯拉曼散射帶。最后，圖28描繪了與圖24的光譜分布有關(guān)的第四實(shí)施例。濾波器(12t)允許疊加激勵(lì)激光束(1)和觀測束(2)。在散射束上，濾波器(12t)反射處于反斯托克斯拉曼散射帶中的和光譜帶B0中的散射束并且透射處于觀測帶BV中的散射束。濾波器(13t)透射處于反斯托克斯拉曼散射帶中的散射束并且反射處于光譜帶B0中的散射束。濾波器(12t)是截止波長在光譜帶B0和觀測帶BV之間的高通濾波器。因此，濾波器(12t)透射觀測帶BV并且反射光譜帶B0以及反斯托克斯拉曼散射帶。濾波器(13t)是透射反斯托克斯拉曼散射帶并且反射處于光譜帶B0中的散射帶的低通或陷波濾波器。已經(jīng)描述了本發(fā)明的若干實(shí)施例。然而，該描述并非限制性的并且可以在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下想到本發(fā)明的其它實(shí)施例(尤其是，不同于上述實(shí)例中的濾波器的其它類型的濾波器)。特別地，關(guān)于圖2、6-8、11-18、20-23和25-28描述的本發(fā)明的不同實(shí)施例變型均涉及背散射配置。然而，同樣的原理也適用于拉曼散射的其它配置(前向散射或側(cè)向散射)，在這種情況下用于疊加激勵(lì)激光束和照明束的裝置與散射束的濾波裝置分開。然而，使用分開的光譜范圍的原理以同樣的方式應(yīng)用。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將調(diào)整本發(fā)明的設(shè)備和方法以適應(yīng)拉曼光譜儀的各種實(shí)驗(yàn)配置。根據(jù)特別有利的實(shí)施例，相同的原理可同時(shí)用于若干激光激勵(lì)波長以及多陷波(multi-notch)濾波器來將各種激勵(lì)光譜帶、觀測光譜帶和分別與每一個(gè)激光激勵(lì)波長關(guān)聯(lián)的拉曼光譜帶分離。在與圖1-28有關(guān)的實(shí)施例中使用的濾波器的各種情況下，可以考慮陷波濾波器同時(shí)執(zhí)行高通濾波器功能和低通濾波器功能。因此，用陷波濾波器代替高通和低通濾波器是等效的。所述濾波器可以由介質(zhì)疊層或者通過VBG(體布拉格光柵)技術(shù)制造。本發(fā)明公開了沒有可移動(dòng)零件的濾波器布置，該布置允許進(jìn)行拉曼測量和觀測樣品，其中觀測和測量可以是同時(shí)的。本發(fā)明的觀測設(shè)備是緊湊的并且總體尺寸等于基于光路上的可收回光學(xué)部件的現(xiàn)有技術(shù)觀測系統(tǒng)的尺寸的一半。所述設(shè)備和方法使用簡單，這是因?yàn)樗鼈儾恍枰妱?dòng)機(jī)或可移動(dòng)零件。沒有可移動(dòng)零件也使得該設(shè)備穩(wěn)健。最后，該設(shè)備幾乎不引入拉曼信號(hào)的損失(百分之幾的極小損失)?？梢赃x擇濾波器的消光率使得來自激勵(lì)激光束的瑞利散射的束的很小部分向著樣品觀測系統(tǒng)透射。這樣，觀測系統(tǒng)有利地允許同時(shí)觀測樣品和樣品上激勵(lì)激光束的位置。瑞利散射束被很大程度削弱，其未導(dǎo)致觀測傳感器(例如CCD相機(jī))飽和的風(fēng)險(xiǎn)。在執(zhí)行拉曼測量的同時(shí)觀測樣品的可能性使得能夠基于樣品圖像的處理進(jìn)行可能的操作。因此，有可能在拉曼測量期間在樣品圖像上實(shí)時(shí)進(jìn)行自動(dòng)聚焦調(diào)整。本發(fā)明使得另一應(yīng)用是可能的，該另一應(yīng)用是拉曼測量期間的目標(biāo)監(jiān)測或者圖像穩(wěn)定化(通過將本發(fā)明的設(shè)備與用于移動(dòng)目標(biāo)或樣品載體的系統(tǒng)耦合)。例如基于圖像處理的其它自動(dòng)化應(yīng)用也有可能與拉曼測量相結(jié)合。本發(fā)明的設(shè)備由固定元件構(gòu)成。該設(shè)備允許同時(shí)觀測樣品和進(jìn)行該樣品的拉曼測量而不引入光強(qiáng)的高損失。有利地，用于疊加的光學(xué)裝置與第一或第二濾波裝置合并，這允許了更緊湊且更有效的光學(xué)組件?，F(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備意味著要么順序觀測和測量，要么在大量的光強(qiáng)損失的情況下使觀測和測量同時(shí)進(jìn)行?；谝粋€(gè)或兩個(gè)(分離板或分離立方體類型的)束分離器的現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備的效率限于6-25％。由兩個(gè)濾波器構(gòu)成的本發(fā)明的設(shè)備的(光學(xué)透射)效率高于或等于90％或者甚至達(dá)到95％。本發(fā)明設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)在于顯著減少了光學(xué)損失并且允許進(jìn)行總是很低的拉曼信號(hào)的測量。