超衍射極限相干反斯託克斯拉曼散射顯微方法和系統的製作方法
2023-05-27 17:11:16 5
專利名稱：超衍射極限相干反斯託克斯拉曼散射顯微方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於雷射檢測領域，尤其涉及一種超衍射極限相干反斯託克斯拉曼散射顯微方法和系統。
背景技術：
光學顯微鏡的空間解析度受衍射極限的限制，最終由光波的波長和顯微鏡的數值孔徑決定。若用δ表示其極限解析度，λ表示光波波長，NA表示光學系統的數值孔徑，則 δ =0.61 λ/ΝΑ。一般來說，δ 彡 200nm。近年來，螢光顯微鏡的衍射極限解析度由於採取了特殊措施獲得了重大突破。主要採取了兩種不同的措施，一種是基於單點掃描的成像方法，採用受激發射耗盡 (Stimulated Emission Depletion, STED)的方法，利用環形光使激發光形成的點擴展函數周邊的受激分子產生受激輻射而被耗盡，只有激發光點擴展函數的中心部位產生螢光， 並隨環形光強度的提高而產生螢光的中心部位就越小，從而可獲得不受衍射極限限制的任意小的納米乃至亞納米的空間解析度。另一種是基於螢光分子開關效應的寬場單分子定位(single molecule localization, SML)成像方法，該方法有不同的變種，如光敏定位顯微(photoactivatedlocalization microscopy, PALM)、焚光光敏定位顯微(fluorescence photoactivationlocalization microscopy, FPALM)禾口隨機光學重構顯微(stochastic opticalreconstruction microscopy, STORM)，但其基本工作原理是一樣的，都是利用螢光分子的開關效應，通過調節激活光和去激活光的強度比例實現標記螢光分子的稀疏激發， 再通過分時成像、單分子定位和圖像合成等步驟，最後獲得超衍射極限的空間解析度圖像。 因為一般分子不發螢光或發很弱的螢光，因此，上述螢光顯微鏡方法都要用特殊製備的螢光分子對樣品進行螢光標記。至今利用非標記的方法獲得突破衍射極限解析度的方法也有兩種，一種是利用場增強效應的相干反斯託克斯拉曼散射顯微鏡，但它要用到尖端場增強，只能對樣品表面成像，應用受到很大的限制。另一種方法是受激拉曼顯微成像，它使用兩束斯託克斯光，一束呈高斯型，另一束呈環形，類似上述的螢光標記的STED方法。但這種方法只能獲得分子某一化學鍵的拉曼譜，單靠此譜來判別樣品中的分子種類是困難的。要獲得分子的其它拉曼譜，就要求雷射器具有寬的調諧範圍。更嚴重的問題是需要很長的測試時間才能獲得分子的完整拉曼譜。為獲得樣品的三維超衍射分辨圖像，所需成像時間太長。CARS (Coherent Anti-Stokes Raman Scattering)利用四波混頻的三階非線性效應而產生的信號，因此對於傳統的CARS顯微來說，解析度僅僅為傳統光學衍射極限解析度的Ι/λ/Ι。在此激發體積中所研究的依然是大量分子的宏觀現象。直到2009年，國際上才首次探討了幾種關於實現CARS超衍射極限分辨的可能技術途徑。主要有三種方案，一種是利用一束環形光將點擴展函數範圍內周邊分子的振動能級實現粒子數反轉，當泵浦光和斯託克斯光入射後則不再會通過共振增強產生所要的聲子，從而使點擴展函數範圍縮小。另一種方法是在點擴展函數範圍的周邊形成環形的局域振蕩，使其與產生的反斯託克斯信號頻率相同，通過幹涉方法提高空間解析度。第三種方法採用常用的結構光來提高空間解析度， 但這已不是嚴格意義上的納米分辨顯微成像，因為利用這種方法所獲得的空間解析度原理上已超過lOOnm。目前，國際上在CARS納米分辨顯微成像技術研究方面仍處於理論論證階段，同時還可以看到上面介紹的方案即使能夠實現納米分辨，也僅限於對分子的單一化學鍵成像。
發明內容
本發明實施例的目的在於提供一種超衍射極限相干反斯託克斯拉曼散射顯微方法，旨在進一步提高現有CARS顯微方法的解析度。本發明實施例是這樣實現的，一種超衍射極限相干反斯託克斯拉曼散射顯微方法包括以下步驟生成超短雷射脈衝；使所述超短雷射脈衝產生第一超短雷射脈衝、第二超短雷射脈衝和第三超短雷射脈衝，所述第二超短雷射脈衝的波長與所述第三超短雷射脈衝的波長不同；將所述第一超短雷射脈衝轉化為超連續譜雷射，將延遲後的第二超短雷射脈衝作為探測光，將所述第三超短雷射脈衝整形為中心光強小、周邊光強大的附加探測光；使所述附加探測光與所述超連續譜雷射同時共線聚焦於樣品，所述超連續譜雷射產生的聲子與所述附加探測光的光子碰撞後形成無用的CARS信號，並將焦斑周邊的聲子耗盡，較所述附加探測光延遲到達樣品的探測光的光子與焦斑中心區域的聲子碰撞後形成有用的CARS信號；獲取所述有用的CARS信號，進行顯微成像。本發明實施例的另一目的在於提供一種超衍射極限相干反斯託克斯拉曼散射顯微系統，所述系統包括飛秒雷射器，用於生成超短雷射脈衝；分光及非線性裝置，用於使所述超短雷射脈衝產生第一超短雷射脈衝、第二超短雷射脈衝和第三超短雷射脈衝，所述第二超短雷射脈衝的波長與所述第三超短雷射脈衝的波長不同；轉化裝置，用於將所述第一超短雷射脈衝轉化為超連續譜雷射；整形裝置，用於將所述第三超短雷射脈衝整形為中心光強小、周邊光強大的附加探測光；延遲裝置，用於調節所述第二超短雷射脈衝和附加探測光到達樣品的時間，將延遲後的第二超短雷射脈衝作為探測光；共線聚焦裝置，用於使所述附加探測光與所述超連續譜雷射同時共線聚焦於樣品，所述超連續譜雷射產生的聲子與所述附加探測光的光子碰撞後形成無用的CARS信號， 並將焦斑周邊的聲子耗盡，較所述附加探測光延遲到達樣品的探測光的光子與焦斑中心區域的聲子碰撞後形成有用的CARS信號；成像裝置，用於獲取所述有用的CARS信號，進行顯微成像。本發明實施例增加一與泵浦光和斯託克斯光同時共線聚焦於樣品的附加探測光， 該附加探測光耗盡泵浦光和斯託克斯光在其焦斑周邊產生的聲子，形成無用的CARS信號，而延遲的探測光中符合相位匹配條件的光子則與焦斑中心區域的聲子碰撞後形成有用的 CARS信號，將無用的CARS信號分離，即可獲得超衍射極限的空間解析度。
圖1是本發明實施例提供的超衍射極限相干反斯託克斯拉曼散射顯微方法的實現流程圖；圖2是本發明實施例提供的超衍射極限相干反斯託克斯拉曼散射顯微系統的結構圖；圖3是本發明實施例提供的超衍射極限相干反斯託克斯拉曼散射顯微系統的另一結構圖；圖4是超連續譜雷射、探測光和附加探測光在樣品上的強度分布示意圖；圖5是CARS納米分辨顯微鏡分辨模擬結果，其中實線表示/Γ (附加探測光的峰值光強)為Idep(泵浦光和斯託克斯光處於峰值光強時耗盡其產生的聲子所需的附加探測光光強)50倍時得到點擴展函數，半高全寬為41納米；虛線表示傳統光學顯微鏡衍射限制下的點擴展函數。圖6是探測光頻率、附加探測光頻率、無用的CARS信號譜段和有用的CARS信號譜段的相對關係圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。本發明實施例增加一與泵浦光和斯託克斯光同時共線聚焦於樣品的附加探測光， 該附加探測光耗盡泵浦光和斯託克斯光在其焦斑周邊產生的聲子，形成無用的CARS信號， 而延遲的探測光中符合相位匹配條件的光子則與焦斑中心區域的聲子碰撞後形成有用的 CARS信號，將無用的CARS信號分離，即可獲得超衍射極限的空間解析度，從而得到分子的完整CARS譜信號。本發明實施例提供的超衍射極限相干反斯託克斯拉曼散射顯微方法包括以下步驟生成超短雷射脈衝；使所述超短雷射脈衝產生第一超短雷射脈衝、第二超短雷射脈衝和第三超短雷射脈衝，所述第二超短雷射脈衝的波長與所述第三超短雷射脈衝的波長不同；將所述第一超短雷射脈衝轉化為超連續譜雷射，將延遲後的第二超短雷射脈衝作為探測光，將所述第三超短雷射脈衝整形為中心光強小、周邊光強大的附加探測光；使所述附加探測光與所述超連續譜雷射同時共線聚焦於樣品，所述超連續譜雷射產生的聲子與所述附加探測光的光子碰撞後形成無用的CARS信號，並將焦斑周邊的聲子耗盡，較所述附加探測光延遲到達樣品的探測光的光子與焦斑中心區域的聲子碰撞後形成有用的CARS信號；獲取所述有用的CARS信號，進行顯微成像。
本發明實施例提供的超衍射極限相干反斯託克斯拉曼散射顯微系統包括飛秒雷射器，用於生成超短雷射脈衝；分光及非線性裝置，用於使所述超短雷射脈衝產生第一超短雷射脈衝、第二超短雷射脈衝和第三超短雷射脈衝，所述第二超短雷射脈衝的波長與所述第三超短雷射脈衝的波長不同；轉化裝置，用於將所述第一超短雷射脈衝轉化為超連續譜雷射；整形裝置，用於將所述第三超短雷射脈衝整形為中心光強小、周邊光強大的附加探測光；延遲裝置，用於調節所述第二超短雷射脈衝和附加探測光到達樣品的時間，將延遲後的第二超短雷射脈衝作為探測光；共線聚焦裝置，用於使所述附加探測光與所述超連續譜雷射同時共線聚焦於樣品，所述超連續譜雷射產生的聲子與所述附加探測光的光子碰撞後形成無用的CARS信號， 並將焦斑周邊的聲子耗盡，較所述附加探測光延遲到達樣品的探測光的光子與焦斑中心區域的聲子碰撞後形成有用的CARS信號；成像裝置，用於獲取所述有用的CARS信號，進行顯微成像。以下結合具體實施例對本發明的實現進行詳細描述。圖1示出了本發明實施例提供的超衍射極限相干反斯託克斯拉曼散射顯微方法的實現流程，詳述如下。在步驟SlOl中，生成超短雷射脈衝；本發明實施例採用飛秒雷射器1生成超短雷射脈衝10。在步驟S102中，使上述超短雷射脈衝產生第一超短雷射脈衝、第二超短雷射脈衝和第三超短雷射脈衝，該第二超短雷射脈衝的波長與第三超短雷射脈衝的波長不同；本發明實施例具有多種途徑使超短雷射脈衝10產生第一超短雷射脈衝11、第二超短雷射脈衝12和第三超短雷射脈衝13。例如，第二超短雷射脈衝12和第三超短雷射脈衝13均由超短雷射脈衝10經非線性效應產生。進一步地，第一超短雷射脈衝11、第二超短雷射脈衝12和第三超短雷射脈衝 13均可由超短雷射脈衝10泵浦光參量振蕩器2產生。具體地，飛秒雷射器1生成的超短雷射脈衝10泵浦光參量振蕩器2 (OpticalParameter Oscillator, ΟΡΟ)，從而獲得具有寬調諧範圍的不同波長的超短雷射脈衝輸出，如圖2所示。經光參量振蕩器2輸出的波長不變的超短雷射脈衝作為第一超短雷射脈衝11，經光參量振蕩器2輸出的閒頻光作為第二超短雷射脈衝12，經光參量振蕩器2輸出的信號光作為第三超短雷射脈衝13，其中閒頻光的中心波長較信號光的中心波長長至少300nm。再如，僅第三超短雷射脈衝13由超短雷射脈衝10分光後經非線性效應產生。具體地，飛秒雷射器1生成的超短雷射脈衝10通過第一分光器BSl和第二分光器BS2分為三束， 其中一束超短雷射脈衝經倍頻晶體3倍頻後作為第三超短雷射脈衝13，另外兩束超短雷射脈衝分別作為第一超短雷射脈衝11和第二超短雷射脈衝12，如圖3所示。本實施例通過倍頻使第二超短雷射脈衝12的中心波長較第三超短雷射脈衝13的中心波長長至少300nm。在步驟S103中，將第一超短雷射脈衝轉化為超連續譜雷射，將延遲後的第二超短雷射脈衝作為探測光，將第三超短雷射脈衝整形為中心光強小、周邊光強大的附加探測
本發明實施例利用第一超短雷射脈衝11泵浦光子晶體光纖(PCF)4獲得超連續譜雷射14，該超連續譜雷射14包含用於產生聲子的泵浦光和斯託克斯光，其中泵浦光和斯託克斯光的強度均呈高斯分布。同時，第三超短雷射脈衝13通過相位波帶片5整形為中心光強小、周邊光強大的附加探測光15，該附加探測光15(ωρ，2)的光強呈環形分布。此外，將延遲後的第二超短雷射脈衝12作為探測光16，該探測光Ie(Gvi)的強度呈高斯分布。作為優選，超連續譜雷射14中各譜功率波動不大於50%，各光譜成分是連續的且光譜帶寬為10 500納米，且各光譜成分所在的時間範圍不大於1皮秒。通過調節延遲裝置61、62，使探測光16較附加探測光15延遲0. 5 1皮秒到達樣品7 ；附加探測光15的中心波長較探測光16的中心波長短，其間隔不小於有用的CARS信號的帶寬；探測光16的帶寬不大於5納米。在步驟S104中，使附加探測光與超連續譜雷射同時共線聚焦於樣品，該附加探測光與超連續譜雷射產生的聲子結合形成無用的CARS信號，並將焦斑周邊的聲子耗盡，較附加探測光延遲到達樣品的探測光與焦斑中心的聲子結合形成有用的CARS信號；只要泵浦光和斯託克斯光之間的頻譜差與焦斑處的分子振動譜一致，並滿足能量和相位匹配條件，就會發生相干共振，產生相應的聲子。由於環形附加探測光對泵浦光和斯託克斯光在焦斑周邊產生的聲子具有耗盡作用，最終使泵浦光、斯託克斯光和探測光於焦斑中心共同作用產生的有用CARS信號遠小於衍射極限，並隨著附加探測光的增強，空間解析度還可進一步獲得改善。本發明實施例中，超連續譜雷射、附加探測光和探測光三者的焦斑中心重疊。圖4 示出了超連續譜雷射、探測光和附加探測光沿焦斑徑向(r)的強度(I)變化。利用量子光學理論所導出的空間解析度(點擴散函數半高全寬)為其中/Γ和Idep分別表示附加探測光的峰值光強以及泵浦光和斯託克斯光處於峰值光強時耗盡其產生的聲子所需的附加探測光光強。從中可以看出，當不加附加探測光時， 上面的表達式則給出非線性光學效應下衍射限制的極限空間解析度，它比不考慮非線性光學效應時衍射極限所確定的值要改善VH咅，這和通常的非線性光學顯微鏡得到的結果是一致的。當附加探測光/Γ加大時，則空間解析度會獲得進一步改善，例如/Γ是Idep的50倍時， 則空間解析度可達41納米，如圖5所示，遠超過衍射極限所能達到的空間解析度。原理上講，只要/Γ不斷增加，空間解析度就可不斷獲得改善。本發明實施例通過調節第一延遲裝置61和合束鏡8使附加探測光15和超連續譜雷射14經由顯微物鏡9同時共線聚焦於樣品7，此時超連續譜雷射14經聚焦形成一個焦斑，該焦斑作用於樣品7產生聲子。由於附加探測光15的光強呈環形分布，因此同時共線聚焦於樣品7的附加探測光15的光子與聲子碰撞形成無用的CARS信號並耗盡焦斑周邊的聲子。接著，調節第二延遲裝置62使探測光16較附加探測光15延遲0. 5 1皮秒到達， 但共線聚焦於樣品7。該探測光16的光子與焦斑中心區域的聲子碰撞形成有用的CARS信號，如圖6所示。
因本發明實施例採用的四束雷射(泵浦光、斯託克斯光、探測光和附加探測光)均為超短雷射脈衝，它們的持續時間遠小於分子振動的退相時間，完全可以用時間分辨的方法(即強度為環形分布的附加探測光與超連續譜雷射同時到達樣品，而強度為高斯分布的探測光相對於附加探測光延遲)，消除非共振背景噪聲。因此，只要超連續譜雷射的時譜結構更適合CARS顯微鏡的要求，通過掃描不僅可獲得遠超過衍射極限的空間解析度，而且可獲得高信噪比的寬帶、超寬帶甚至分子完整CARS譜信號。因此，本發明實施例可測量納米分辨範圍內含有的分子種類，並可估計各種分子所佔的比例。在步驟S105中，獲取有用的CARS信號，進行顯微成像。本發明實施例通過帶通濾波片21將非共振背景噪聲和無用的CARS信號濾除，再經由帶EMCCD(Electron-Multiplying CCD)探測器的光譜儀22成像。由於焦斑周邊產生的無用CARS信號與焦斑中心區域產生的有用CARS信號具有完全分離的光譜波段，可以通過帶通濾波片將二者分離。通過上述附加探測光壓縮了產生有用CARS信號的體積，不僅能夠獲得納米級的空間分辨本領，而且由於探測光相對於超連續譜雷射具有小於1皮秒的時間延遲，從而還同時抑制了非共振背景噪聲，以高的光譜解析度獲得分子的完整CARS譜信號。在此基礎上，通過納米微位移臺移動樣品或高精度振鏡掃描，則可獲得待測生物樣品不同分子的CARS三維納米分辨顯微圖像。例如，通過上述四束雷射(泵浦光、斯託克斯光、探測光和附加探測光)聚焦焦斑的掃描或樣品的納米位移獲得樣品任意深度的三維超衍射極限的空間解析度圖像。圖2和圖3示出了本發明實施例提供的超衍射極限相干反斯託克斯拉曼散射顯微系統的結構原理，為了便於描述，僅示出了與本發明實施例相關的部分。飛秒雷射器1用於生成超短雷射脈衝10。分光及非線性裝置用於使超短雷射脈衝10產生第一超短雷射脈衝11、第二超短雷射脈衝12和第三超短雷射脈衝13，其中第二超短雷射脈衝12的波長與第三超短雷射脈衝13的波長不同。轉化裝置用於將第一超短雷射脈衝11轉化為超連續譜雷射14。該轉化裝置具有一供第一超短雷射脈衝11泵浦的光子晶體光纖(PCF)4。整形裝置5用於將第三超短雷射脈衝13整形為中心光強小、周邊光強大的附加探測光15。延遲裝置61、62用於調節第二超短雷射脈衝12和附加探測光15到達樣品7的時間，將延遲後的第二超短雷射脈衝作為探測光16。共線聚焦裝置用於使附加探測光15與超連續譜雷射14同時共線聚焦於樣品7，超連續譜雷射14產生的聲子與附加探測光15的光子碰撞後形成無用的CARS信號，並將焦斑周邊的聲子耗盡，較附加探測光15延遲到達樣品7的探測光16的光子與焦斑中心區域的聲子碰撞後形成有用的CARS信號。成像裝置用於獲取所述有用的CARS信號，進行顯微成像。本發明實施例中，分光及非線性裝置可為光參量振蕩器2或由分光器BS和倍頻晶體3構成。共線聚焦裝置主要由合束鏡8和顯微物鏡9構成。成像裝置包括帶通濾波片21 和帶 EMCCD (Electron-Multiplying CCD)探測器的光譜儀 22。本發明實施例增加一與泵浦光和斯託克斯光同時共線聚焦於樣品的附加探測光，該附加探測光耗盡泵浦光和斯託克斯光在其焦斑周邊產生的聲子，形成無用的CARS信號， 而延遲的探測光中符合相位匹配條件的光子則與焦斑中心的聲子碰撞後形成有用的CARS 信號，將無用的CARS信號分離，即可獲得超衍射極限的空間解析度。因採用具有寬帶的超連續譜雷射作為泵浦光和斯託克斯光，從而獲得分子的完整CARS譜信號，實現分子成像。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種超衍射極限相干反斯託克斯拉曼散射顯微方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟生成超短雷射脈衝；使所述超短雷射脈衝產生第一超短雷射脈衝、第二超短雷射脈衝和第三超短雷射脈衝，所述第二超短雷射脈衝的波長與所述第三超短雷射脈衝的波長不同；將所述第一超短雷射脈衝轉化為超連續譜雷射，將延遲後的第二超短雷射脈衝作為探測光，將所述第三超短雷射脈衝整形為中心光強小、周邊光強大的附加探測光；使所述附加探測光與所述超連續譜雷射同時共線聚焦於樣品，所述超連續譜雷射產生的聲子與所述附加探測光的光子碰撞後形成無用的CARS信號，並將焦斑周邊的聲子耗盡， 較所述附加探測光延遲到達樣品的探測光的光子與焦斑中心區域的聲子碰撞後形成有用的CARS信號；獲取所述有用的CARS信號，進行顯微成像。
2.如權利要求1所述的超衍射極限相干反斯託克斯拉曼散射顯微方法，其特徵在於， 所述第三超短雷射脈衝由所述超短雷射脈衝經非線性效應產生，或者所述第二超短雷射脈衝和第三超短雷射脈衝均由所述超短雷射脈衝經非線性效應產生。
3.如權利要求2所述的超衍射極限相干反斯託克斯拉曼散射顯微方法，其特徵在於， 所述第一超短雷射脈衝、第二超短雷射脈衝和第三超短雷射脈衝均由所述超短雷射脈衝泵浦光參量振蕩器產生；經所述光參量振蕩器輸出的波長不變的超短雷射脈衝作為所述第一超短雷射脈衝，經所述光參量振蕩器輸出的閒頻光作為所述第二超短雷射脈衝，經所述光參量振蕩器輸出的信號光作為所述第三超短雷射脈衝。
4.如權利要求1所述的超衍射極限相干反斯託克斯拉曼散射顯微方法，其特徵在於， 所述第三超短雷射脈衝由所述超短雷射脈衝分光後經非線性效應產生。
5.如權利要求4所述的超衍射極限相干反斯託克斯拉曼散射顯微方法，其特徵在於， 所述超短雷射脈衝分為三束，其中一束超短雷射脈衝經倍頻作為所述第三超短雷射脈衝， 另外兩束超短雷射脈衝分別作為所述第一超短雷射脈衝和第二超短雷射脈衝。
6.如權利要求1 5中任一項所述的超衍射極限相干反斯託克斯拉曼散射顯微方法， 其特徵在於，所述超連續譜雷射包含用於產生聲子的泵浦光和斯託克斯光，所述泵浦光、斯託克斯光和探測光的強度均呈高斯分布，所述附加探測光的強度呈環形分布。
7.如權利要求6所述的超衍射極限相干反斯託克斯拉曼散射顯微方法，其特徵在於， 所述超連續譜雷射由所述超短雷射脈衝泵浦光子晶體光纖產生。
8.如權利要求6所述的超衍射極限相干反斯託克斯拉曼散射顯微方法，其特徵在於， 所述超連續譜雷射中各譜功率波動不大於50%，各光譜成分是連續的且光譜帶寬為10 500納米，且各光譜成分所在的時間範圍不大於1皮秒。
9.如權利要求1 5中任一項所述的超衍射極限相干反斯託克斯拉曼散射顯微方法， 其特徵在於，所述探測光較所述附加探測光延遲0.5 1皮秒；所述附加探測光的中心波長較所述探測光的中心波長短，其間隔不小於所述有用的CARS信號的帶寬；所述探測光的帶寬不大於5納米。
10.一種超衍射極限相干反斯託克斯拉曼散射顯微系統，其特徵在於，所述系統包括飛秒雷射器，用於生成超短雷射脈衝；分光及非線性裝置，用於使所述超短雷射脈衝產生第一超短雷射脈衝、第二超短雷射脈衝和第三超短雷射脈衝，所述第二超短雷射脈衝的波長與所述第三超短雷射脈衝的波長不同；轉化裝置，用於將所述第一超短雷射脈衝轉化為超連續譜雷射；整形裝置，用於將所述第三超短雷射脈衝整形為中心光強小、周邊光強大的附加探測光；延遲裝置，用於調節所述第二超短雷射脈衝和附加探測光到達樣品的時間，將延遲後的第二超短雷射脈衝作為探測光；共線聚焦裝置，用於使所述附加探測光與所述超連續譜雷射同時共線聚焦於樣品，所述超連續譜雷射產生的聲子與所述附加探測光的光子碰撞後形成無用的CARS信號，並將焦斑周邊的聲子耗盡，較所述附加探測光延遲到達樣品的探測光的光子與焦斑中心區域的聲子碰撞後形成有用的CARS信號；成像裝置，用於獲取所述有用的CARS信號，進行顯微成像。
全文摘要
本發明適用於雷射檢測領域，提供了一種超衍射極限相干反斯託克斯拉曼散射顯微方法和系統，所述方法通過增加一與泵浦光和斯託克斯光同時共線聚焦於樣品的附加探測光，該附加探測光耗盡泵浦光和斯託克斯光在其焦斑周邊產生的聲子，形成無用的CARS信號，而延遲的探測光中符合相位匹配條件的光子則與焦斑中心區域的聲子碰撞形成有用的CARS信號，將無用的CARS信號分離，即可獲得超衍射極限的空間解析度。因採用具有寬帶的超連續譜雷射作為泵浦光和斯託克斯光，從而獲得分子的完整CARS譜信號，實現對整個分子成像。
文檔編號G01N21/65GK102156115SQ201110046328
公開日2011年8月17日 申請日期2011年2月25日 優先權日2011年2月25日
發明者劉偉, 牛憨笨, 陳丹妮 申請人:深圳大學