[發(fā)明專利]一種提高精度的相干反斯托克斯拉曼散射光梳光譜探測方法

有效

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• 申請日: 2013-06-25
• 公開（公告）號: CN103344623A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曾和平;楊康文
• 申請（專利權(quán)）人: 上海朗研光電科技有限公司
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G01J3/44
• 代理公司: 上海藍迪專利事務(wù)所 31215
• 代理人: 徐筱梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光光譜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型的利用飛秒光學(xué)頻率梳實現(xiàn)高精度相干反斯托克斯拉曼散射光梳光譜探測的方法。

背景技術(shù)

相干反斯托克斯拉曼散射（Coherent?Anti-Stokes?Raman?Scattering,?CARS）過程一直以來都被作為一種具有高靈敏度、高光譜分辨率的光譜探測方法，應(yīng)用于物理、化學(xué)、材料科學(xué)、醫(yī)藥學(xué)、生物學(xué)以及生命科學(xué)等眾多的研究領(lǐng)域中。通過對CARS光譜的研究，人們可以獲得更多定性與定量的關(guān)于物質(zhì)組成信息，如原子、分子等的能級結(jié)構(gòu)、電子的組態(tài)、分子的幾何形狀、反應(yīng)動力學(xué)等多方面物質(zhì)結(jié)構(gòu)的知識。與現(xiàn)有的其它顯微成像技術(shù)相比，CARS光譜探測技術(shù)具有信號強度高，方向性好，靈敏度和探測效率高的優(yōu)勢。

然而，對于傳統(tǒng)的CARS光譜技術(shù)，非共振背景噪聲的存在嚴重影響CARS系統(tǒng)的探測靈敏度和光譜選擇性，已成為其實用化的瓶頸?，F(xiàn)有的抑制非共振背景噪聲的方案，包括偏振探測、時間分辨探測、相位控制和整形。偏振探測方案要求光源為線偏振態(tài)，并且精密控制泵浦光和斯托克斯光的偏振夾角；時間分辨探測采用超短脈沖激光作為激發(fā)光，在泵浦光、探測光和斯托克斯光之間引入時間延遲來消除噪聲，其精度依賴于激光的帶寬和光譜的線寬；相位控制和整形的方法采用空間光調(diào)制器，在不同光譜成分間引入相位失配來抑制背景噪聲，但其光譜分辨率受激光光譜帶寬內(nèi)空間調(diào)制器分辨率的限制。

除此之外，至今發(fā)展的超分辨光學(xué)成像技術(shù)無法實現(xiàn)寬頻譜且高精度的光譜探測和光譜成像，極大地限制了現(xiàn)有技術(shù)在細胞分子原位識別、細胞分子圖譜表征的重大基礎(chǔ)問題方面的應(yīng)用；在高端裝備制造工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域，同時需要實現(xiàn)大視場的非接觸式檢測和空間高分辨率的測量，通常大視場光學(xué)成像的空間分辨率低，而顯微光學(xué)成像的觀測視場小，在現(xiàn)有的技術(shù)框架下，兩者無法統(tǒng)一；為獲得高精度的測量和高靈敏度的痕量分析，通常需要憑借對信號長時間的時間積分來實現(xiàn)，無法獲得快速、實時的測量結(jié)果；現(xiàn)有的光譜成像分析設(shè)備的測量精度取決于光譜儀的分辨精度，需要采用復(fù)雜、昂貴的光譜測量設(shè)備，導(dǎo)致光譜成像分析儀的復(fù)雜度和成本大大提高。

綜上所述，目前的CARS光譜測量與檢測技術(shù)仍存在不足。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種提高精度的相干反斯托克斯拉曼散射光梳光譜探測方法，該方法利用光學(xué)頻率梳作為光譜測量系統(tǒng)的光源，有效改進了傳統(tǒng)的相干反斯托克斯光譜測量系統(tǒng)，并結(jié)合雙光梳光外差技術(shù)實現(xiàn)了一種快速、高精度、高靈敏度的相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）光譜檢測方法。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的具體技術(shù)方案是：

????一種提高精度的相干反斯托克斯拉曼散射光梳光譜探測方法，其特點在于采用兩臺飛秒光梳發(fā)生器作為CARS系統(tǒng)的泵浦-探測光源和斯托克斯（Stokes）光源，有效提高光譜測量的光譜分辨精度；經(jīng)過CARS光譜測量系統(tǒng)后，產(chǎn)生的反斯托克斯信號光與參考光梳進行拍頻和雙光梳光外差探測；并且在探測部分采用偏振相關(guān)平衡探測技術(shù)，消除泵浦光引入的干擾，從而實現(xiàn)高靈敏度、高頻率分辨精度、快速、實時的CARS光梳光譜探測；其中：

所述的飛秒光梳發(fā)生器是指脈沖載波包絡(luò)相位和脈沖重復(fù)頻率穩(wěn)定的鎖模激光器。

所述的相干反斯托克斯拉曼散射光譜測量是指利用兩束及以上的激光，分別用作泵浦光ω₁，探測光ω₂（ω₂可以等于ω₁），斯托克斯光ω₃（通常ω₃<ω₁=ω₂）；三束光同時經(jīng)過待測物體，在相干拉曼效應(yīng)作用下，產(chǎn)生第四束光即反斯托克斯信號光ω₄=ω₁+ω₂-ω₃或ω₄=2ω₁-ω₃，其中信號光攜帶了物質(zhì)振動能級的分布信息，可以用于標定物質(zhì)的振動能級光譜，即實現(xiàn)對物質(zhì)CARS光譜的測量。