[发明专利]集成平面超构透镜的CARS激发探针激发方法和装置

权利要求书

1.一种集成平面超构透镜的CARS激发探针装置，其特征是，包括相干反斯托克斯拉曼散射CARS激发源、二向色镜、光纤耦合镜、空芯反谐振光纤、平面超构透镜、滤光片、信号采集和处理系统；CARS激发源发出的泵浦脉冲光和斯托克斯脉冲光经二向色镜、光纤耦合镜进入空芯反谐振光纤的一端，泵浦脉冲光和斯托克斯脉冲光在空芯反谐振光纤中无脉冲失真和无四波混频信号干扰地正向传输，空芯反谐振光纤的另一端面集成有平面超构透镜，泵浦脉冲光和斯托克斯脉冲光经平面超构透镜会聚到待测样品上，激发CARS信号，背向CARS信号光经由平面超透构镜和空芯反谐振光纤收集、反向传输，经过光纤耦合镜和二向色镜后与激发光分离，经过滤光片后滤除杂散光，被信号采集和处理系统采集和信号处理。

2.如权利要求1所述的集成平面超构透镜的CARS激发探针装置，其特征是，所述CARS激发源输出的泵浦脉冲光和斯托克斯脉冲光为两束时间重叠、空间重叠且具有光频率差的皮秒或飞秒量级的超短脉冲光，泵浦脉冲光频率固定，斯托克斯脉冲光频率具备连续调谐能力；

所述二向色镜使光频率小于其截止光频率的光透射，使光频率大于截止光频率的光反射。所述二向色镜的截止光频率应大于泵浦脉冲光和斯托克斯脉冲光频率，小于背向CARS信号光频率。

3.如权利要求1所述的集成平面超构透镜的CARS激发探针装置，其特征是，所述空芯反谐振光纤为空芯反谐振结构，纤芯为空气介质，纤芯直径为50至300微米，长度0.5米至10米，用于实现超短脉冲光的长距离柔性低损传输。

4.如权利要求1所述的集成平面超构透镜的CARS激发探针装置，其特征是，所述平面超构透镜采用亚波长单元结构阵列构建，包括衬底和周期性阵列排布的纳米柱,周期性阵列排布的纳米柱调控泵浦脉冲光和斯托克斯脉冲光以及背向CARS信号光的相位并聚焦，三束光的焦点位置重叠，实现高信噪比的CARS信号激发和接收；平面超构透镜的制作方式包括双光子打印制作和微加工光刻制作，平面超构透镜通过紫外胶固定于空芯反谐振光纤的端面上。

5.如权利要求1所述的集成平面超构透镜的CARS激发探针装置，其特征是，所述滤光片为带通滤光片，仅允许背向CARS信号光通过，用于进一步滤除环境光等杂散光。

6.如权利要求1所述的集成平面超构透镜的CARS激发探针装置，其特征是，所述信号采集和处理系统，由光电倍增管、驱动电路、采集电路和计算机构成，实现光电信号的变换和电信号的采集和处理。

7.一种空芯反谐振光纤集成平面超构透镜的CARS探针激发方法，其特征是，利用权利要求1所述装置实现，并包括如下步骤：

步骤1：CARS激发源输出具有频率差的、时间重叠、空间重叠的飞秒或皮秒量级的泵浦脉冲光和斯托克斯脉冲光，其中泵浦脉冲光频率固定，斯托克斯脉冲光频率具备连续调谐能力；

步骤2：所述泵浦脉冲光和斯托克斯脉冲光入射至二向色镜，二向色镜使光频率小于其光截止频率的脉冲光透射，使光频率大于截止光频率的脉冲光反射。泵浦脉冲光和斯托克斯脉冲光的光频率大于二向色镜的截止光频率，因此透射进入光纤耦合镜，泵浦脉冲光和斯托克斯脉冲光经光纤耦合镜3耦合进入空芯反谐振光纤的一端，并进行正向传输；

步骤3：所述空芯反谐振光纤长距离低损地传输泵浦脉冲光和斯托克斯脉冲光；

步骤4：两束激发脉冲光从空芯反谐振光纤另一端输出时，被集成在空芯反谐振光纤端面的平面超构透镜会聚到同一焦点位置处；

步骤5：两束激发脉冲光在待测样品中的会聚点处激发出CARS信号光；

步骤6：待测样品产生的背向CARS信号光被平面超构透镜收集并耦合进入空芯反谐振光纤中，经由空芯反谐振光纤反向传输后，光频率大于二向色镜截止光频率的背向CARS信号光被二向色镜反射至滤光片，进行进一步的杂散光的滤除；

步骤7：过滤后的CARS信号光经进入信号采集和处理系统，完成CARS信号的采集与分析。

8.如权利要求7所述的空芯反谐振光纤集成平面超构透镜的CARS探针激发方法，其特征是，在步骤6中，空芯反谐振光纤为空气介质的纤芯，用于提供类似自由空间的传播环境。