[發(fā)明專利]一種單光束近簡并四波混頻顯微鏡裝置及方法

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• 申請日: 2020-10-14
• 公開（公告）號: CN112393801A
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 任立慶;李志成;吳雨亭;王建軍;王兆華;楊健;楊挺;王國章;李增生
• 申請（專利權(quán)）人: 榆林學(xué)院
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01N15/14;G01N21/17;G02B21/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 高博

本發(fā)明公開了一種單光束近簡并四波混頻顯微鏡裝置及方法，制鈦寶石激光器發(fā)射的激光脈沖經(jīng)過一對棱鏡對進(jìn)行色散補(bǔ)償后，通過一個超陡長通濾波片在781nm處截斷，然后再經(jīng)二向色鏡反射后經(jīng)物鏡聚焦于待測樣品上，待測樣品上的反射信號被物鏡收集并依次透過二向色鏡和帶通濾波片后導(dǎo)入第一光電倍增管；待測樣品上的透射信號通過聚光透鏡匯聚，然后經(jīng)分束鏡分成透射光束和反射光束，透射光束經(jīng)第一超陡短通濾波片濾掉入射激光，然后通過透鏡聚焦并導(dǎo)入高分辨集成光譜儀記錄光譜數(shù)據(jù)；反射光束經(jīng)反射鏡反射后透過第二超陡短通濾波片濾波，最后導(dǎo)入第二光電倍增管進(jìn)行四波混頻成像。本發(fā)明具有簡單、廉價和易操作的優(yōu)勢。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于非線性光學(xué)顯微技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種單光束近簡并四波混頻顯微鏡裝置及方法。

背景技術(shù)

四波混頻的過程中當(dāng)探測波和泵浦光具有相同的頻率時，即四列波的頻率相同時被叫做簡并四波混頻。在實(shí)際的應(yīng)用中探測波和泵浦波往往具有一定的頻率差，而當(dāng)他們的頻率差比任意一列參與混頻的頻率都小的多的時候被稱為近簡并四波混頻過程。

現(xiàn)有單光束近簡并四波混頻顯微鏡由一臺飛秒激光器作為光源輸出激光，在通過脈沖整形器時用黑色擋板將部分波長比較短的激光過濾掉后，然后通過兩個倒置的三棱鏡后可以有效補(bǔ)償激光在光路中產(chǎn)生的色散。所得到的激光通過一組透鏡后導(dǎo)入掃描顯微鏡，并將光束聚焦于樣品上，然后通過透鏡以光譜的形式記錄到光譜儀上，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)檢測實(shí)驗(yàn)樣本的目的。近簡并四波混頻顯微鏡在優(yōu)化相位匹配條件時提供了兩種不同的機(jī)制。首先，由于近簡并，折射率可以被視為在如此窄的頻率范圍內(nèi)幾乎不變。這種近乎完美的相位匹配條件導(dǎo)致相干長度比焦距長，并導(dǎo)致整個聚焦體積中幾乎完全的相長干涉。

現(xiàn)有單光束近簡并四波混頻顯微鏡由于采用脈沖整形的方法實(shí)現(xiàn)短波長的濾波，該裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大，不方便人們的使用，成本也高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種單光束近簡并四波混頻顯微鏡裝置及方法，利用長通超陡濾波片簡化單光束近簡并四波混頻顯微鏡的方法，以解決現(xiàn)有單光束近簡并四波混頻實(shí)驗(yàn)裝置存在的系統(tǒng)復(fù)雜、體積龐大所引起的不方便使用以及成本高的問題，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步簡化單光束近簡并四波混頻實(shí)驗(yàn)裝置、減少成本的目的。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種單光束近簡并四波混頻顯微鏡裝置，包括鈦寶石激光器，自制鈦寶石激光器發(fā)射的激光脈沖經(jīng)過一對棱鏡對進(jìn)行色散補(bǔ)償后，通過一個超陡長通濾波片在781nm處截斷，然后再經(jīng)二向色鏡反射后經(jīng)物鏡聚焦于待測樣品上，待測樣品上的反射信號被物鏡收集并依次透過二向色鏡和帶通濾波片后導(dǎo)入第一光電倍增管；待測樣品上的透射信號通過聚光透鏡匯聚，然后經(jīng)分束鏡分成透射光束和反射光束，透射光束經(jīng)第一超陡短通濾波片濾掉入射激光，然后通過透鏡聚焦并導(dǎo)入高分辨集成光譜儀記錄光譜數(shù)據(jù)；反射光束經(jīng)反射鏡反射后透過第二超陡短通濾波片濾波，最后導(dǎo)入第二光電倍增管進(jìn)行四波混頻成像。

具體的，激光脈沖的脈沖寬度為10～30fs，中心波長為793～808nm，帶寬為40～65nm。

具體的，將棱鏡對中的一個放置于一維精密平移臺上，通過一維精密平移臺調(diào)節(jié)棱鏡對之間的距離實(shí)現(xiàn)對激光色散的精密補(bǔ)償。

具體的，待測樣品設(shè)置在二維精密平移臺上，通過二維精密平移臺移動待測樣品實(shí)現(xiàn)二維掃描。

具體的，聚光透鏡置于三維精密平移臺上，通過三維精密平移臺調(diào)節(jié)聚光透鏡的位置。

本發(fā)明的另一個技術(shù)方案是，一種單光束近簡并四波混頻顯微鏡裝置的實(shí)驗(yàn)方法，包括以下步驟：

S1、粗調(diào)鈦寶石激光器的光路直至從光譜儀或光電倍增管看到四波混頻信號；

S2、優(yōu)化脈沖壓縮器中棱鏡對的相對位置，使得待測樣品上激光的色散被完全補(bǔ)償，四波混頻信號增大至不能增大為止；