[发明专利]一种提高精度的相干反斯托克斯拉曼散射光梳光谱探测方法

摘要

本发明公开了一种提高精度的相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）光梳光谱探测方法，该方法采用两台飞秒光梳发生器作为CARS系统的泵浦-探测光源和斯托克斯光源，经过CARS光谱测量系统后，产生的反斯托克斯信号光与参考光梳进行拍频和双光梳光外差探测；并且在探测部分采用偏振相关平衡探测技术，消除泵浦光引入的干扰，从而实现高灵敏度、高频率分辨精度、快速、实时的CARS光谱探测。本发明有效提高光谱测量的分辨精度，能在宽光谱范围内实现高精度的光梳成像；可有效抑制环境噪声；能够消除泵浦光引入的非共振背景噪声；可提高时间、频率分辨精度，能实现快速、实时的光谱检测。

主权项

1.一种提高精度的相干反斯托克斯拉曼散射光梳光谱探测方法，其特征在于该方法采用两台飞秒光梳发生器作为相干反斯托克斯拉曼散射系统的泵浦-探测光源和斯托克斯光源，经过相干反斯托克斯拉曼散射光谱测量后，产生的反斯托克斯信号光与参考光梳进行拍频和双光梳光外差探测；并且在探测部分采用偏振相关平衡探测技术，实现快速、实时的相干反斯托克斯拉曼散射光梳光谱探测；其中：所述的飞秒光梳发生器是指脉冲载波包络相位和脉冲重复频率稳定的锁模激光器；所述的相干反斯托克斯拉曼散射光谱测量是指利用两束及以上的激光，分别用作泵浦光ω₁，探测光ω₂（ω₂或等于ω₁），斯托克斯光ω₃，ω₃<ω₁=ω₂；三束光同时经过待测物体，在相干拉曼效应作用下，产生第四束光即反斯托克斯信号光ω₄=ω₁+ω₂-ω₃或ω₄=2ω₁-ω₃，其中信号光携带了物质振动能级的分布信息，能够用于标定物质的振动能级光谱，即实现对物质相干反斯托克斯拉曼散射光谱的测量；所述的双光梳光外差探测是指在信号光ω₄的重复频率为f_r，载波包络相位零频为f₀的情况下，选择一束参考光ω₅，其重复频率为f_r+f，载波包络相位零频为f_0’；两束光空间重合后射入一个光电探测器，并产生两者的拍频信号，经过低频滤波后得到中心频率为f_B=|ω₅-ω₄|的电路信号；由于采用的光源均为光梳，所以反斯托克斯信号光和参考光分别表示成ω₄=∑n·fr+f₀，ω₅=∑m·(f_r+f)+f_0’，其中n,m为正整数1，2，3，…；ω_4、ω₅的拍频信号为一系列离散的单频信号的叠加，即f_B=∑x·f+(f₀-f_0’)，x为|n-m|=1，2，3，…；如此，原先分布在光频的光谱信号，转变成在射频波段的射频谱信号，并通过成熟的射频测量装置进行测量；所述的偏振相关平衡探测技术是指将两束光分别射入两个工作性能相似的光电探测器，并分别将彼此输出的电信号接入一个差分放大器的“正负”两端，其中一路光信号携带了物质光谱信息，另一束则为不含光谱信息，仅作为背景信号存在，如此即可在差分器的作用下消除探测过程中背景噪声和干扰信号的影响。