一種相干反斯托克斯拉曼散射顯微系統的激光光源裝置，包括：提供參量放大器泵浦光及相干反斯托克斯拉曼散射過程所需斯托克斯光的超短脈沖光纖激光器；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，放大后的光作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光束合束器；順次接收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種子光的參量放大器和倍頻器；設置于第一非線性晶體和第二非線性晶體之間的準直聚焦器件以及第二非線性晶體之后的準直器件；設置于所述準直器件之后的低通濾波器，濾出相干反斯托克斯拉曼散射過程所需的泵浦光及斯托克斯光。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于非線性光學顯微領域，特別是涉及ー種相干反斯托克斯拉曼散射顯微系統的激光光源的裝置及產生方法。
技術介紹
相干拉曼散射顯微，包含相干反斯托克斯拉曼散射(Coherent anti-StokesRaman 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,しonerent anti-btokes Raman scattering microscopy cnemical imaging for biologyand medicine, Annu. Rev. Anal. Chem. , I :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等人提出了ー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 Ramanscattering microscopy using a single-pass picoseconds supercontinuum-seededoptical 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)。剰余部分則經倍頻后，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吋，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。此外，上述方案中均需采用二色鏡將CARS的泵浦光與斯托克斯光合束，使二者在空間重合以對樣品進行共線激發。且CARS的泵浦光與斯托克斯光間的光程差的補償也需要引入光學延遲線，以獲得時間上重合的激勵脈沖。上述空間光路的引入，無疑會增加了系統復雜性、降低系統的穩定性。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。
技術實現思路
本專利技術提供一種相干反斯托克斯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系統的激光光源的上述問題。本專利技術同時提供一種相干反斯托克斯拉曼散射顯微的激光光源的產生方法。為了解決上述問題，本專利技術公開了一種相干反斯托克斯拉曼散射顯微系統的激光光源裝置，包括提供參量放大器泵浦光及相干反斯托克斯拉曼散射過程所需斯托克斯光的超短脈沖光纖激光器；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，放大后的光作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光束合束器；順次接收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種子光的參量放大器和倍頻器，有選擇的對不同波段種子光參量放大和倍頻；設置于第一非線性晶體和第二非線性晶體之間的準直聚焦器件以及第二非線性晶體之后的準直器件，工作時所述準直聚焦器件對參量放大波段的種子光響應，準直器件對倍頻波段的種子光響應；設置于所述準直器件之后的低通濾波器，濾出相干反斯托克斯拉曼散射過程所需的泵浦光及斯托克斯光，即可得到相干拉曼散射顯微的激光光源。可選的，所述超短脈沖光纖激光器為飛秒脈沖光纖激光器或皮秒脈沖光纖激光器。可選的，所述超短脈沖光纖激光器為超短脈沖摻鐿光纖激光器或超短脈沖摻釹光纖激光器。可選的，所述可調諧連續光半導體激光器輸出波長范圍為1510nm至1640nm。可選的，所述光纖放大器為摻鉺光纖放大器。可選的，還包括第一二分之一波片和第二二分之一波片，第一聚焦透鏡和第二聚焦透鏡，所述種子光和泵浦光合束之前分別經過兩二分之一波片調整偏振態為平行，并經過兩聚焦透鏡進行聚焦。可選的，所述第一非線性晶體為三硼酸鋰晶體、周期性極化鈮酸鋰晶體、周期極化摻氧化鎂鈮酸鋰晶體、周期極化超晶格鉭酸鋰晶體中的一種；所述第二非線性晶體為三硼酸鋰晶體、周期性極化鈮酸鋰晶體、周期極化摻氧化鎂鈮酸鋰晶體、周期極化超晶格鉭酸鋰晶體中的一種。可選的，所述第一非線性晶體和第二非線性晶體均設置于溫控爐中，調整溫控爐的溫度以實現相位匹配。可選的，所述低通濾波器為低通濾波片或二色鏡。本專利技術還提供一種相干反斯托克斯拉曼散射顯微的激光光源的產生方法，包括將可調諧連續光半導體激光器的輸出光經光纖放大器進行放大，作為種子光； 將超短脈沖光纖激光器的輸出光作為泵浦光；將所述種子光和泵浦光一同聚焦至第一非線性晶體，由該第一非線性晶體有選擇對種子光需要的波段進行參量放大；將由參量放大后所得的輸出脈沖與剩余的泵浦光脈沖ー并聚焦至第二非線性晶體，對參量放大后的輸出脈沖進行倍頻；將由倍頻所得的脈沖與剰余的泵浦光脈沖濾出并準直，即可得到相干反斯托克斯拉曼散射顯微系統的激光光源。與現有技術相比，本專利技術的相干反斯托克斯拉曼散射顯微系統的激光光源裝置采用可調諧連續光半導體激光器為參量放大器提供種子光，可巧妙地獲得同步脈沖，同時提高了參量過程的轉化效率，降低了系統成本及復雜度；通過采用參量放大器及對其輸出進行倍頻的方案，直接獲得空間、時間上重合的激勵脈沖，而無需引入額外的空間光路，簡化了系統結構、増加了系統穩定性；采用超短脈沖光纖激光器產生相干拉曼散射所需的斯托克斯光及參量放大器的泵浦光，系統結構緊湊、成本低廉本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：孔令杰，楊昌喜，肖曉晟，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：
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