抑制相干反斯托克斯拉曼散射显微镜非共振背景信号的方法、成像方法及系统技术方案

本申请涉及一种抑制相干反斯托克斯拉曼散射显微镜非共振背景信号的方法、成像方法及系统，上述抑制相干反斯托克斯拉曼散射显微镜非共振背景信号的系统不需要额外增加激光器或者重新设计激光器谐振腔，仅利用声光调制装置和啁啾展宽元件配合使用即可得到第一频率组合光和第二频率组合光。第一频率组合光和第二频率组合光以预设频率交替出现，以实现频率调制，进而可以简化系统，并可实时消除CARS的非共振背景信号。非共振背景信号。非共振背景信号。

【技术实现步骤摘要】
抑制相干反斯托克斯拉曼散射显微镜非共振背景信号的方法、成像方法及系统


[0001]本申请涉及显微镜
，特别是涉及一种抑制相干反斯托克斯拉曼散射显微镜非共振背景信号的方法、成像方法及系统。

技术介绍

[0002]相干反斯托克斯拉曼散射(coherent anti-stokes Raman scattering，简称CARS)显微镜通过测量分子振动对化学成分进行探测或生物组织进行成像。CARS显微镜利用两束激光对样品进行照射，分别为泵浦光(ω
P
)和斯托克斯光(ω
S
)。两束激光与所探测样品相互作用，当ω
P-ω
S
所对应的拉曼位移与所探测样品的分子振动模式相匹配时，在其相位匹配方向上会产生一束反斯托克斯光信号，其频率为ω
AS
＝2ω
P-ω
S
。由于影响分子振动的主要是化学键，而不同化学键的振动模式和频率是相对固定的，CARS显微镜可对样品进行无标记成像，并具有很强的化学特异性，并且其探测灵敏度也强于自发拉曼显微镜。但是，在CARS信号中存在一个非共振的背景信号，该背景信号并没有携带化学特异性信息并会扭曲和掩盖我们所需要探测的共振信号。非共振背景信号的存在同时会极大的限制CARS显微镜的探测灵敏度，并对光谱分析造成极大的困难。
[0003]目前用于减少或消除CARS显微镜非共振背景信号的技术主要分为：分辨偏振方向的方法、时间分辨的方法、反向探测的方法和频率调制的方法。
[0004]分辨偏振方向的CARS显微镜是利用共振信号的偏振方向和非共振背景信号的偏振方向不一致来抑制非共振背景信号。通常是在信号探测器前加入一个检偏镜，使其偏振方向与非共振背景信号的偏振方向垂直，进而滤除非共振背景信号。但由于光路中的光学器件存在双折射现象，并且在紧密聚焦处会对偏振方向有所干扰，有一部分非共振背景信号会泄露。该方法在抑制非共振背景信号的同时，也会削弱共振信号。
[0005]泵浦光和斯托克斯光同时对样品进行激发时非共振背景信号也会同时产生，非共振背景信号的产生和消失是一个瞬时过程，而共振信号通常会持续几个皮秒的时间。通过延迟探测光束相对于泵浦光和斯托克斯光到达样品的时间，时间分辨的CARS显微镜可以减少非共振背景信号对CARS信号的影响。但该技术依然存在局限性，共振信号会随时间呈指数衰减，造成了较低的信号水平，对信号的探测也取决于所探测的拉曼模式的移相时间。
[0006]反向探测的CARS显微镜，其反向信号强度远小于正向信号强度。并且由于CARS的相位匹配条件的限制，只有小于入射光波长的物体才会产生反向信号，这限制了它的使用范围。
[0007]所探测到的CARS信号包括三个部分，分别为共振信号部分、非共振背景信号部分和共振信号和非共振信号的耦合项。其中，非共振背景信号在全光谱范围内为一常量，不会随着ω
P-ω
S
的变化而变化。当以一定的频率对ω
P-ω
S
的值进行调制时，可以很容易的将非共振背景信号部分去除。频率调制的CARS显微镜通过此原理对非共振背景信号进行抑制甚至消除，可实时消除非共振背景信号并保证共振信号不受影响。但传统的频率调制的CARS
显微镜实现方案过于复杂，通常通过增加激光器、重新设计激光器谐振腔的方式来获得两束不同的泵浦光或斯托克斯光(ω
P1，2
或ω
S1，2
)，实现对ω
P-ω
S
的调制，或者利用偏振方向调制元件与高光谱技术相结合的方式实现对ω
P-ω
S
的调制，极大的限制了频率调制的CARS显微镜的应用。

技术实现思路

[0008]基于此，针对传统的频率调制的CARS显微镜实现方案过于复杂的问题，本申请提供一种抑制相干反斯托克斯拉曼散射显微镜非共振背景信号的方法、成像方法及系统。
[0009]一种抑制相干反斯托克斯拉曼散射显微镜非共振背景信号的系统，包括：
[0010]激光源，用于同步发射两路激光，第一路激光为斯托克斯光，第二路激光为泵浦光；
[0011]声光调制装置，设置于所述第一路激光的光路上，用于对所述斯托克斯光进行强度调制，以预设频率交替产生一级衍射光或零级衍射光，并对所述一级衍射光和所述零级衍射光进行分离，分别形成第一子光路和第二子光路；
[0012]第一延迟单元，设置于所述第二路激光的光路上，用于同步所述零级衍射光和所述泵浦光；
[0013]第二延迟单元，设置于所述第一子光路上，用于同步所述一级衍射光和所述泵浦光；
[0014]合束器，用于将所述第一子光路、所述第二子光路和所述第二路激光在空间上合为第一光束；以及
[0015]啁啾展宽元件，设置于所述第一光束的出光方向，用于对所述第一光束进行啁啾展宽，以得到第一频率组合光和第二频率组合光，所述第一频率组合光和所述第二频率组合光以所述预设频率交替出现，以实现频率调制，进而实现抑制相干反斯托克斯拉曼散射显微镜非共振背景信号。
[0016]在其中一个实施例中，还包括：
[0017]第一激光调整组件，设置于所述声光调制装置的输入端，用于对所述斯托克斯光的功率进行调整，并对所述斯托克斯光进行扩束；以及
[0018]第二激光调整组件，设置于所述第一延迟单元的输入端，用于对所述泵浦光的功率进行调整，并对所述泵浦光进行扩束。
[0019]在其中一个实施例中，还包括：
[0020]第三激光调整组件，设置于所述声光调制装置的输出端，并位于所述第二子光路上，用于对所述零级衍射光的功率进行调整。
[0021]一种相干反斯托克斯拉曼散射显微成像系统，包括：
[0022]上述实施例中任一项所述的抑制相干反斯托克斯拉曼散射显微镜非共振背景信号的系统；
[0023]样品台，用于动态承载样品，以利用所述第一频率组合光和第二频率组合光对所述样品进行扫描，进而获得相干反斯托克斯拉曼散射谱；以及
[0024]探测器，设置于所述样品的光输出方向，用于探测所述相干反斯托克斯拉曼散射谱，进而获得相干反斯托克斯拉曼散射图像。
[0025]一种相干反斯托克斯拉曼散射显微成像系统，包括：
[0026]上述实施例中任一项所述的抑制相干反斯托克斯拉曼散射显微镜非共振背景信号的系统；
[0027]扫描单元，设置于啁啾展宽元件的出光方向，以利用所述第一频率组合光和第二频率组合光对样品进行扫描，进而获得相干反斯托克斯拉曼散射谱；以及
[0028]探测器，设置于所述样品的光输出方向，用于探测所述相干反斯托克斯拉曼散射谱，进而获得相干反斯托克斯拉曼散射图像。
[0029]一种抑制相干反斯托克斯拉曼散射显微镜非共振背景信号的方法，包括：
[0030]同步发射两路激光，第一路激光为斯托克斯光，第二路激光为泵浦光；
[0031]对所述斯托克斯光进行强度调制，以预设频本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抑制相干反斯托克斯拉曼散射显微镜非共振背景信号的系统，其特征在于，包括：激光源，用于同步发射两路激光，第一路激光为斯托克斯光，第二路激光为泵浦光；声光调制装置，设置于所述第一路激光的光路上，用于对所述斯托克斯光进行强度调制，以预设频率交替产生一级衍射光或零级衍射光，并对所述一级衍射光和所述零级衍射光进行分离，分别形成第一子光路和第二子光路；第一延迟单元，设置于所述第二路激光的光路上，用于同步所述零级衍射光和所述泵浦光；第二延迟单元，设置于所述第一子光路上，用于同步所述一级衍射光和所述泵浦光；合束器，用于将所述第一子光路、所述第二子光路和所述第二路激光在空间上合为第一光束；以及啁啾展宽元件，设置于所述第一光束的出光方向，用于对所述第一光束进行啁啾展宽，以得到第一频率组合光和第二频率组合光，所述第一频率组合光和所述第二频率组合光以所述预设频率交替出现，以实现频率调制，进而实现抑制相干反斯托克斯拉曼散射显微镜非共振背景信号。2.根据权利要求1所述的抑制相干反斯托克斯拉曼散射显微镜非共振背景信号的系统，其特征在于，还包括：第一激光调整组件，设置于所述声光调制装置的输入端，用于对所述斯托克斯光的功率进行调整，并对所述斯托克斯光进行扩束；以及第二激光调整组件，设置于所述第一延迟单元的输入端，用于对所述泵浦光的功率进行调整，并对所述泵浦光进行扩束。3.根据权利要求2所述的抑制相干反斯托克斯拉曼散射显微镜非共振背景信号的系统，其特征在于，还包括：第三激光调整组件，设置于所述声光调制装置的输出端，并位于所述第二子光路上，用于对所述零级衍射光的功率进行调整。4.一种相干反斯托克斯拉曼散射显微成像系统，其特征在于，包括：权利要求1-3中任一项所述的抑制相干反斯托克斯拉曼散射显微镜非共振背景信号的系统；样品台，用于动态承载样品，以利用所述第一频率组合光和第二频率组合光对所述样品进行扫描，进而获得相干反斯托克斯拉曼散射谱；以及探测器，设置于所述样品的光输出方向，用于探测所述相干反斯托克斯拉曼散射谱，进而获得相干反斯托克斯拉曼散射图像。5.一种相干反斯托克斯拉曼散射显微成像系统，其特征在于，包括：权利要求1-3中任一项所述的抑制相干反斯托克斯拉曼散射显微镜非共振背景信号的系统；扫描单元，设置于啁啾展宽元件的出光方向，以利用所述第一频率组合光和第二频率组合光对样品进行扫描，进而获得相干反斯托克斯拉曼散射谱；以...

【专利技术属性】
技术研发人员：王璞，洪维礼，吴凡，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：