[发明专利]基于双光频梳的相干反斯托克斯拉曼光谱测量系统及方法

说明书

本申请公开了一种基于双光频梳的相干反斯托克斯拉曼光谱测量系统及方法，本申请通过调节第一脉冲发射模块或第二脉冲发射模块的光频梳重复频率参数，使得第一脉冲发射模块与第二脉冲发射模块的光频梳重复频率差值不超过重复频率差阈值，通过选定合适的双光频梳重复频率参数范围，增强光谱采集的信噪比，然后通过光电探测元件检测到一定强度的非共振四波混频背景时，向光谱采集模块发出信号采集触发指令，使得光谱采集模块当接收到信号采集触发指令后，经过预设的等待时间，待四波混频背景光信号减弱后，再采集脉冲激光的光谱信号，解决了现有的相干反斯托克斯拉曼光谱测量因非共振四波混频干扰导致光谱数据采集、测量困难的技术问题。

技术领域

本申请涉及光学技术领域，尤其涉及一种基于双光频梳的相干反斯托克斯拉曼光谱测量系统及方法。

背景技术

拉曼散射光谱被广泛应用在化学分析，化学物质检测，生物医学成像等领域中。相干拉曼散射是应用超快激光脉冲技术提高拉曼光谱信噪比的一种技术。相干反斯托克斯拉曼散射是一种基于激光脉冲四波混频的拉曼散射的非线性光学过程，其需要三束光共同作用才能产生相干拉曼信号，这三束光分别被称为泵浦光，斯托克斯光，探测光。一般使用超快脉冲光来产生相干反斯托克斯拉曼散射，因为脉冲光的强度高，因此非线性更强，产生的相干拉曼散射信号也更强。由于使用的是脉冲激光，因此需要保证脉冲激光在时间上重合才能产生相干拉曼散射。但是对于相干反斯托克斯拉曼，除了拉曼散射，还会有一个非共振的四波混频背景，这个背景是当三束光都重合的时候产生的，而且非共振四波混频的强度一般都很强，会淹没拉曼信号光，影响相干拉曼光谱的采集。

发明内容

本申请提供了一种相干反斯托克斯拉曼光谱测量系统及方法，用于解决现有的相干反斯托克斯拉曼光谱测量因非共振四波混频干扰导致光谱数据采集、测量困难的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请第一方面提供了一种相干反斯托克斯拉曼光谱测量系统，包括：双光频梳脉冲光源、分束镜组、凸透镜组、第一光电探测元件、滤波片以及光谱采集模块；

所述双光频梳脉冲光源包括：第一脉冲发射模块、第二脉冲发射模块以及频率调节模块，其中，所述第一脉冲发射模块与第二脉冲发射模块均用于按照各自的光频梳重复频率参数发射脉冲激光，所述频率调节模块被配置为：根据预设的重复频率差阈值，调节所述第一脉冲发射模块或所述第二脉冲发射模块的光频梳重复频率参数，使得所述第一脉冲发射模块与所述第二脉冲发射模块的光频梳重复频率差值不超过所述重复频率差阈值；

所述分束镜组用于调整所述双光频梳脉冲光源输出的激光光路，使得所述双光频梳脉冲光源输出的两路脉冲激光交汇，然后分别与所述光谱采集模块、所述第一光电探测元件光路连接；

所述凸透镜组与所述滤波片依次设置在脉冲激光交汇点至所述光谱采集模块之间的光路上，其中，所述凸透镜组包括：两个间隔设置的凸透镜镜片，所述两个凸透镜镜片之间用于放置样品；

所述第一光电探测元件的第一数据通信端口与所述光谱采集模块的第一数据通信端口通信连接，其中，所述第一光电探测元件被配置为：当接收到的脉冲激光强度达到预设强度阈值时，则向所述光谱采集模块发出信号采集触发指令，所述光谱采集模块被配置为：当接收到所述信号采集触发指令后，经过预设的等待时间后，采集所述脉冲激光的光谱信号。

优选地，所述第一脉冲发射模块为飞秒脉冲发射模块，所述第二脉冲发射模块为皮秒脉冲发射模块。

优选地，所述等待时间具体不低于1μs。

优选地，所述光谱采集模块具体包括：第二光电探测元件或光谱仪。

优选地，当所述光谱采集模块为第二光电探测元件时，所述滤波片具体为窄带滤波片。

本申请第二方面提供了一种相干反斯托克斯拉曼光谱测量系统的控制方法，应用于如本申请第一方面提供的一种相干反斯托克斯拉曼光谱测量系统，所述控制方法包括：