[發明專利]相干拉曼散射顯微系統的激光光源裝置與產生方法

有效

• 申請號: 201210097884.8
• 申請日: 2012-04-05
• 公開（公告）號: CN102623874A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 孔令杰;楊昌喜;肖曉晟
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01S3/00
• 分類號: H01S3/00;G02F1/39
• 代理公司: 北京潤澤恒知識產權代理有限公司 11319
• 代理人: 蘇培華

技術領域

本發明屬于非線性光學顯微領域，特別是涉及一種相干拉曼散射顯微系統的激光光源裝置及產生方法。

背景技術

相干拉曼散射顯微，包含相干反斯托克斯拉曼散射(Coherent?anti-Stokes?Raman?Scattering，CARS)顯微及受激拉曼散射(Stimulated?Raman?Scattering，SRS)顯微，具有無需標記、高靈敏度、可實現三維成像等優點，在實時生物醫學成像領域有著潛在的應用。

然而，相干拉曼顯微技術的優點以其復雜的激勵光源為代價。為實現相干拉曼散射顯微成像，需要采用時間同步的、波長可調諧的、高能量的兩束超短光脈沖進行激勵。當兩束激勵光的波長差與生物樣品中某物質的特征拉曼峰重合時，拉曼散射信號得到極大增強，產生相干拉曼散射信號。實際中綜合考慮樣品穿透深度、系統透過率及系統復雜性等因素，一般將斯托克斯光選擇在1040nm附近，而泵浦光選擇為在690nm～990nm范圍內波長可調。

相干拉曼顯微技術的進步受制于激勵光源的發展，相關內容可參看文獻“相干斯托克斯拉曼散射顯微術：生物及醫學的化學成像(Conor?L.Evans?and?X.Sunney?Xie，Coherent?anti-Stokes?Raman?scattering?microscopy：chemical?imaging?for?biology?and?medicine，Annu.Rev.Anal.Chem.，1：883?909(2008))”。如何解決兩束激發脈沖間的同步問題，影響著系統成本及復雜度。最初人們采用相位鎖定兩臺固體激光器的方案，獲得了同步激光脈沖，但其反饋控制電路非常復雜、造價昂貴。隨后，出現了固體激光器及其同步泵浦的光學參量振蕩器方案，可直接獲得同步脈沖，但其中光學參量振蕩器依然需要反饋控制電路，系統結構復雜、成本昂貴。此外，時間透鏡(Time?lens)技術也被用于獲得同步脈沖，但其同樣需要復雜的反饋控制電路，且所產生的脈沖串具有較大的噪聲基底。可見，上述方案均未能有效的降低系統成本及復雜度。

Chao-Yu?Chung等人提出了一種以固體激光器及其泵浦的參量放大器獲得CARS顯微系統的激勵脈沖的方案(Chao-Yu?Chung，Yen-Yin?Lin，Kuo-Yu?Wu，Wan-Yu?Tai，Shi-Wei?Chu，Yao-Chang?Lee，Yeukuang?Hwu，Yin-Yu?Lee，Coherent?anti-Stokes?Raman?scattering?microscopy?using?a?single-pass?picoseconds?supercontinuum-seeded?optical?parametric?amplifier，Opt?Express?18(6)，6116-6122(2010))。該方案中將固體激光器產生的近紅外光(1064nm)脈沖一部分耦合進光子晶體光纖產生超連續譜，從而為參量放大器提供種子光(約800nm)。剩余部分則經倍頻后，作為參量放大器的泵浦光(532nm)。上述過程中，所產生的新波長脈沖(約800nm)自動與原近紅外脈沖(1064nm)同步，故無需反饋控制電路。但由于超連續譜的功率譜密度小，以其作為參量放大器的種子時，參量過程的轉換效率低，降低了參量放大器的輸出功率。此外，該系統中采用了固體激光器產生近紅外脈沖(1064nm)，結構復雜、價格昂貴。

因此，目前需要本領域技術人員迫切解決的一個技術問題就是提出一種有效措施，為相干拉曼散射顯微提供結構緊湊、成本低廉的激光光源。

發明內容

本發明提供一種相干拉曼散射顯微系統的激光光源裝置，以解決的現有的拉曼散射顯微的激光光源的上述問題。本發明還提供一種相干拉曼散射顯微系統的激光光源的產生方法。

為了解決上述問題，本發明公開了一種相干拉曼散射顯微系統的激光光源裝置，包括：

超短脈沖光纖激光器以及對超短脈沖光纖激光器的輸出光分束的光束分束器，分束后的兩束光分別作為相干拉曼散射過程的斯托克斯光和參量放大器的泵浦光；

可調諧連續光半導體激光器以及對可調諧連續光半導體激光器的輸出光進行放大的光纖放大器，放大后的光稱為參量放大器的種子光；

對所述泵浦光和參量放大器的種子光在空間合束的第一光束合束器；

順次接收第一光束合束器光束的第一非線性晶體和第二非線性晶體，兩非線性晶體分別作為參量放大器和倍頻器；

對所述斯托克斯光和倍頻器的輸出光在空間合束的第二光束合束器；