[发明专利]同步高分辨多波长相干反斯托克斯拉曼散射光源

说明书

本发明涉及一种同步高分辨多波长相干反斯托克斯拉曼散射光源，本发明光源为一个光参量振荡器，在光参量振荡器中，通过使用双波长倍频模块将泵浦光与相干反斯托克斯光进行腔内倍频，再通过滤波输出和两长波输出模块，分别将腔内倍频后的两个高频成分激光和剩余的两个低频成分激光输出，应用于CARS成像。能同时输出两组共四束同步的激光，通过腔内双波长倍频模块压缩了光源的谱宽，提高了CARS光源的分辨率，利用反馈延时系统拓展CARS扫描范围，提高了参量转换效率，实现同步高分辨多波长激光输出。光源可同时得到生物样品中高波数与低波数吸收峰的样品信息，拓展了CARS技术对生物样品不同波数处振转能级的探测能力。

技术领域

本发明涉及一种激光拉曼散射光谱探测技术，特别涉及一种同步高分辨多波长相干反斯托克斯拉曼散射光源。

背景技术

显微成像技术的进步大大推动了现代生物医学的发展，现代生物医学的研究使得人们对显微成像技术的要求越来越高。光学成像技术有非接触式测量、无损检测、灵敏度高、分辨率好等特点。其中荧光标记法具有采集灵敏度高，可标记物品种类多的优点，但荧光标记法会干扰生物组织正常的新陈代谢，荧光剂有时甚至会将具有生物活性的细胞杀死。相干反斯托克斯拉曼散射技术（Coherent anti-Stokes Raman scattering，CARS）通过四波混频效应，来探测分子振转能级，通过激发光与待测样品振转能级的共振增强产生信号光，无需对生物样品进行标记，信号光方向性强，易于收集和探测。

目前，绝大多数CARS 系统所采用的光源是两台同步的固体激光器，或者一台固体激光器泵浦的光参量振荡器。这种固体光源成本昂贵，占地庞大，对环境变化十分敏感，一般放置在恒温恒湿的超净间，并且需要专业技术人员定期维护和调整。固体光源对于环境和使用的苛刻要求限制了CARS技术走向实际应用。近年来，光纤激光器因其体积小、重量轻、输出光斑质量好，运行稳定且易于集成，发展十分迅速。将光纤技术与CARS技术结合起来，研究一种便携式、免维护、低成本、易操作的光纤CARS激发源将极大促进CARS成像的发展。

由于光纤纤芯小，长度长，采用光纤作为参量转换介质，发生非线性频率变换时，各种非线性效应相互竞争，导致新产生的激光频域噪声大，谱宽难以压缩，这限制了CARS技术用于生物成像时的频谱分辨能力。为解决该问题，研究人员提出了一些措施，例如通过极窄的光纤光栅和级联式的空间滤波，将参量振荡器的泵浦光谱线宽度压缩到数十皮米，降低泵浦光引入的噪声；又比如采用频谱啁啾的方式，控制入射泵浦光的功率与参量转换光纤的色散特性，开发出具有不止一个零色散波长的特种光纤，实现参量信号光的增益窄化；还可以通过腔外倍频，腔外滤波的方式，压缩参量信号光的光谱宽度。上述三种方案中，窄化泵浦光需要特殊定制的器件，多级空间滤波丧失了全光纤集成化的可能性，多零色散波长的特殊光子晶体光纤严重依赖于材料制造工艺，目前仅在实验室验证阶段，还无法大量生产，腔外倍频和滤波的方式转换效率低，能量利用率受限。

发明内容

本发明是针对传统的CARS光源分辨率低、波长有限、检测样品波数范围小的的问题，提出了一种同步高分辨多波长相干反斯托克斯拉曼散射光源，同时输出两组共四束同步的激光，实现同步高分辨多波长激光输出，有利于提高CARS成像的频谱分辨能力，拓展其样品探测范围。