一种多模态宽场傅里叶变换拉曼显微镜

我们开发了一种多模态高光谱显微镜，可从图像的每个像素获取拉曼或光致发光光谱，从而缩短测量时间。传统的逐行扫描方法依赖于色散光谱仪。先进技 术通过使用共振光或同步的短激光脉冲来增强拉曼信号，这些脉冲可驱动分子振动。

较低的拉曼散射截面带来了两个主要挑战。首先，信号微弱，需要较长的采集时间。其次，拉曼信号可能被强烈的光致发光背景所掩盖。

傅里叶变换光谱技术能够实现所有像素的并行光谱采集，从而加快测量速度，并可通过可调采样获取特定的光谱信息，例如从强烈的发光背景中分离出微弱的拉曼峰。傅里叶变换方法支持智能采样和数据分析，可充分利用时间轨迹中的信息。我们的目标是定制欠采样策略，以进一步缩短采集时间。

首先，使用刮刀将每种色素粉末各20毫克置于精密天平上，以获得1:1:1的重量比例。用研钵混合粉末以去除结块。将所得混合物倒入载玻片上。

然后，使用刮刀尖端轻轻按压，使该层接近均匀的厚度。在显微镜盖玻片的边缘涂抹指甲油，将盖玻片有指甲油的一面朝下放置在混合物上，并施加足够的压力以密封。

接下来，设置激发波长，并将激发激光聚焦到大芯径多模光纤的输入端。将测试样品放置在显微镜载物台上，打开相机以观察激光照射的光斑。将光纤的中段连接至音圈的振动膜上，以消除散斑。

通过紧密弯曲光纤，机械地扰乱其所有空间模式。插入中心波长为532纳米、带宽为2.0纳米的窄带通滤光片，以净化激光谱线并滤除任何不需要的泵浦光谱旁带。使用二向色镜将激光反射至样品，同时使物镜收集的红移背向散射辐射透射通过。

在532纳米处插入一个长通滤光片，以滤除残余的激发光。使用功率计测量样品平面上的光功率。调节泵浦光束，使样品处的光强不会导致样品损伤。

现在，将样品放置在显微镜载物台上并调节焦距。打开执行楔形平移的电机驱动器，然后按下采集选项。接着，设置相机采集参数，如时间帧和硬件二乘二合并，以优化信号强度。

现在，设置步长、参考位置和步数。输入目录名称和文件名。将十字点移动到目标位置，然后单击“测量”以开始采集每个楔块位置的单色图像。

测量完成后，在进行数据分析前先关闭激光器。接下来，通过加载针对步进电机的电机位置校正文件以及对应于干涉仪的频率校准文件，从采集的数据集生成光谱超立方体。设置光谱的波长范围，对所有像素的干涉图进行傅里叶变换以计算光谱。

应用一种在光谱展宽与伪影抑制之间具有良好折衷效果的切趾函数，例如 Happ-Genzel 窗函数。然后生成光谱超立方体，并以复数形式保存。启动分析软件，并以复数形式打开光谱超立方体。

生成伪彩色RGB图像，并获取选定区域的平均光谱以分析光谱超立方体。对于同一视场的拉曼测量，在检测光路中添加一个带通滤光片。设置时间范围和硬件二分法，然后设置步长、起始位置和步数。

在按下“测量”之前，选择文件名和保存目录。根据拉曼光谱特征，视野中可清晰区分出三种颜料：金红石在454和616 cm⁻¹处具有特征峰，锐钛矿在396、514和641 cm⁻¹处具有特征峰，而铬黄在301和605 cm⁻¹处具有特征峰。而在光致发光图中，铬黄是唯一在视野中明显分布的颜料，其强发射信号主导了整幅图像。

事实上，金红石和锐钛矿的微弱缺陷发射在光谱上无法与黄色粉末区分开来。