[发明专利]一种基于高重频飞秒激光的时间分辨宽谱CARS光谱成像装置

权利要求书

1.一种基于高重频飞秒激光的时间分辨宽谱CARS光谱成像装置，其特征在于，包括高重频飞秒激光器、双脉冲激光产生模块和光谱成像平台；

所述高重频飞秒激光器，用于产生高重复频率的基频光，输入到双脉冲激光产生模块中；

所述双脉冲激光产生模块，用于产生适用于时间分辨CARS成像技术的同轴传输的基频光和移频光，所述基频光和移频光分别用于泵浦和探测；分为基于空间结构的双脉冲激光产生模块和基于光纤结构的双脉冲激光产生模块两种；

基于空间结构的双脉冲激光产生模块包括：聚焦透镜，用于聚焦基频光；非线性元件，用于将部分基频光转化为谱宽小于基频光且与基频光有频差的移频光；准直透镜，用于将透射出的发散的基频光和移频光准直为平行光束；第三反射镜和第四反射镜，用于准直光路和折叠光路；依次连接的第一色散补偿棱镜、第二色散补偿棱镜、第三色散补偿棱镜和第四色散补偿棱镜，所述第一色散补偿棱镜用于在空间上将基频光与移频光分开，基频光得到色散补偿后，两束光通过第四色散补偿棱镜合并；窄带滤波器，用于减小经过第一色散补偿棱镜的移频光的谱宽；依次连接的第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜和第八反射镜，用于改变经过窄带滤波器后的移频光相对于基频光的时延；半波片，用于改变移频光的偏振方向；

基于光纤结构的双脉冲激光产生模块，包括：光纤分束器，用于把基频光分为两路；第一光纤放大器和第二光纤放大器，用于进一步放大基频光；第一色散补偿光纤和第二色散补偿光纤，用于补偿色散；第一非线性光纤和第二非线性光纤，用于展宽基频光的频谱；第三光纤放大器，用于放大基频光展宽光谱中的与基频光有频差的频谱成分，作为移频光；光纤窄带滤波器，用于滤除移频光之外的其它频谱成分，并进一步减小移频光的谱宽；第四光纤放大器，用于进一步放大移频光；依次连接的第九反射镜、第十反射镜、第十一反射镜和第十二反射镜，用于改变移频光相对于基频光的时延；脉冲压缩器，用于补偿频谱展宽后的基频光的啁啾，压缩脉宽；第十四反射镜，用于将经所述脉冲压缩器输出的基频光准直成水平光，并将激光传输至下一元件；二向色镜，用于将基频光和移频光合为一束；

所述光谱成像平台用于对待测样品实现扫描式拉曼光谱成像。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述基频光的谱宽大于所述移频光的谱宽。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述光谱成像平台包括：第一反射镜和第二反射镜，用于将激光以预设位置和角度导入；第一显微物镜，用于将所述第二反射镜反射的激光聚焦在样品上；样品平台，用于固定样品，并可实现三维扫描；第二显微物镜，用于收集经过样品的CARS信号光；滤波器，用于过滤基频光和移频光，仅让CARS信号光通过；光谱仪，用于CARS信号光光谱信息的成像。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述非线性元件为倍频晶体或者用于产生共振色散波的光子晶体光纤。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第六反射镜和第七反射镜通过平移改变经过窄带滤波器后的移频光相对于基频光的时延。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第十反射镜和第十一反射镜通过平移改变经过光纤放大器后的移频光相对于基频光的时延。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光谱仪为成像光谱仪、色散傅里叶变换光谱仪或者前置滤光片的光电倍增管。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述脉冲压缩器为依次连接的第五色散补偿棱镜、第六色散补偿棱镜和第十三反射镜；或者啁啾镜、光栅压缩器、傅里叶光脉冲整形器中的任一种。