[發(fā)明專利]基于快速掃描光程的受激拉曼光譜成像系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2016-10-26
• 公開（公告）號: CN106645081B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發(fā)明（設計）人: 季敏標;賀若愚;徐永奎;劉知平
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G01J3/44
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發(fā)明屬于非線性光學成像技術領域，具體為一種基于快速掃描光程的受激拉曼光譜成像系統(tǒng)。本發(fā)明把一個可以快速產生光程延遲的振鏡掃描單元和受激拉曼光譜成像系統(tǒng)結合在一起，結構簡單，改造成本低，易于實現(xiàn)。由于它能夠極快地產生光譜聚焦法所需要的光程延遲，所以可以快速采集樣品的受激拉曼光譜，對多次采集到的光譜進行平均可以大大提高信噪比，從而提高檢測靈敏度；實時檢測多種成分的目標物；當被測樣品中的兩種目標物的拉曼光譜有重疊時（比如脂質和蛋白質），消除樣品的移動所帶來的光譜誤差。該系統(tǒng)可以快速實現(xiàn)受激拉曼光譜采集，又能同時針對多個拉曼振動峰進行同時成像。

技術領域

本發(fā)明屬于非線性光學成像技術領域，具體涉及一種改進型的受激拉曼光譜成像系統(tǒng)，即可以實現(xiàn)快速受激拉曼光譜采集，又能同時針對多個拉曼振動峰進行同時成像的系統(tǒng)。

背景技術

受激拉曼成像技術是一種新興的非性線光學成像手段，憑借著其信號強度高、無光譜失真、信號強度與被測物濃度成線性關系等諸多優(yōu)點，近年來受激拉曼成像技術得到了迅猛發(fā)展，并在生物醫(yī)學檢測與成像，生物化學分析等領域廣泛應用。

受激拉曼散射是拉曼散射與受激輻射技術的有機結合，它需要兩束頻率不同的高能量密度的脈沖激光同時作用在樣品上。這兩束激光分別被稱作泵浦光和斯托克斯光，它們的頻率差要與被測物的自發(fā)拉曼峰相對應。因此，受激拉曼成像系統(tǒng)的每單次掃描只能針對一個拉曼振動頻率進行成像，即單色成像。如果需要針對另外一個拉曼振動頻率進行成像就需要改變泵浦光或斯托克斯光的波長。一直以來，這個不足之處嚴重阻礙了受激拉曼成像技術的應用。近些年來，已有多個研究小組提出了可以實現(xiàn)多色受激拉曼成像的解決方案。縱觀這些方法，都不同程度地增加了實驗設備的數(shù)量、系統(tǒng)光路變的復雜性，以及實驗數(shù)據(jù)處理的繁瑣程度。相對而言，基于光譜聚焦法的受激拉曼光譜成像技術操作簡便，易于實現(xiàn)，且成本低廉。在受激拉曼光譜成像技術系統(tǒng)中，首先用高折射率的介質對泵浦光和斯托克斯光進行啁啾，把兩束飛秒脈沖激光展寬皮秒脈沖激光，用光學延遲線，對泵浦光和斯托克斯光的相對時間延遲進行調節(jié)，就可以在一定范圍內（一般為200cm^-1左右）連續(xù)改變它們之間的頻率差，如此就可以實現(xiàn)多色受激拉曼成像了。但是，光學延遲線位置的調整，常規(guī)做法是靠機械平動的方式來移動反射鏡的位置，速度較慢，無法實現(xiàn)實時探測兩種或更多的拉曼振動頻率。這對于需要雙色或多色成像而又快速移動的被測物來說，多張針對不同拉曼峰的單色圖在合并成一張多色圖時勢必會引入誤差。并且，受激拉曼光譜的采集也受光學延遲線移動速度的限制，達不到快速測量光譜的效果。

本發(fā)明正是一種基于高光譜受激拉曼成像系統(tǒng)的多色受激拉曼成像系統(tǒng)，可同時對多個拉曼振動頻率進行成像，并快速采集樣品的受激拉曼光譜。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種同時探測多個拉曼振動頻率的受激拉曼成像系統(tǒng)，并實現(xiàn)對樣品受激拉曼光譜的快速采集。

本發(fā)明提出的受激拉曼光譜成像系統(tǒng)，是基于快速掃描光程技術的，即把光譜聚焦成像技術與快速掃描光程技術的有機結合，是改良型的受激拉曼光譜成像系統(tǒng)。如圖1所示，系統(tǒng)包括：線偏振性良好且偏振方向一致的兩束飛秒脈沖激光（即斯托克斯光和泵浦光），兩塊啁啾介質，電光調制器，快速改變光程單元（也稱快速光程掃描單元），二相色鏡，顯微鏡，短通濾色片，光電二極管，鎖相放大器，計算機。其中，所述的兩束飛秒激光作為系統(tǒng)光源，由高折射率的啁啾介質分別將它們啁啾；其中，斯托克斯光經(jīng)電光調制器調制后經(jīng)過快速改變光程單元，二相色鏡將它和泵浦光重合，并一起導入到帶有二維掃描振鏡的顯微鏡；采用受激拉曼光損失的方式獲取信號，通過樣品的光經(jīng)過短通濾色片過濾，然后由光電二極管將其轉化為電信號，再輸入到鎖相放大器中；信號經(jīng)鎖相放大器解析后輸送給計算機。