[发明专利]相干拉曼散射显微系统的激光光源装置与产生方法

说明书

技术领域

本发明属于非线性光学显微领域，特别是涉及一种相干拉曼散射显微系统的激光光源装置及产生方法。

背景技术

相干拉曼散射显微，包含相干反斯托克斯拉曼散射(Coherent anti-Stokes Raman Scattering，CARS)显微及受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering，SRS)显微，具有无需标记、高灵敏度、可实现三维成像等优点，在实时生物医学成像领域有着潜在的应用。

然而，相干拉曼显微技术的优点以其复杂的激励光源为代价。为实现相干拉曼散射显微成像，需要采用时间同步的、波长可调谐的、高能量的两束超短光脉冲进行激励。当两束激励光的波长差与生物样品中某物质的特征拉曼峰重合时，拉曼散射信号得到极大增强，产生相干拉曼散射信号。实际中综合考虑样品穿透深度、系统透过率及系统复杂性等因素，一般将斯托克斯光选择在1040nm附近，而泵浦光选择为在690nm～990nm范围内波长可调。

相干拉曼显微技术的进步受制于激励光源的发展，相关内容可参看文献“相干斯托克斯拉曼散射显微术：生物及医学的化学成像(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))”。如何解决两束激发脉冲间的同步问题，影响着系统成本及复杂度。最初人们采用相位锁定两台固体激光器的方案，获得了同步激光脉冲，但其反馈控制电路非常复杂、造价昂贵。随后，出现了固体激光器及其同步泵浦的光学参量振荡器方案，可直接获得同步脉冲，但其中光学参量振荡器依然需要反馈控制电路，系统结构复杂、成本昂贵。此外，时间透镜(Time lens)技术也被用于获得同步脉冲，但其同样需要复杂的反馈控制电路，且所产生的脉冲串具有较大的噪声基底。可见，上述方案均未能有效的降低系统成本及复杂度。

Chao-Yu Chung等人提出了一种以固体激光器及其泵浦的参量放大器获得CARS显微系统的激励脉冲的方案(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))。该方案中将固体激光器产生的近红外光(1064nm)脉冲一部分耦合进光子晶体光纤产生超连续谱，从而为参量放大器提供种子光(约800nm)。剩余部分则经倍频后，作为参量放大器的泵浦光(532nm)。上述过程中，所产生的新波长脉冲(约800nm)自动与原近红外脉冲(1064nm)同步，故无需反馈控制电路。但由于超连续谱的功率谱密度小，以其作为参量放大器的种子时，参量过程的转换效率低，降低了参量放大器的输出功率。此外，该系统中采用了固体激光器产生近红外脉冲(1064nm)，结构复杂、价格昂贵。

因此，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是提出一种有效措施，为相干拉曼散射显微提供结构紧凑、成本低廉的激光光源。

发明内容

本发明提供一种相干拉曼散射显微系统的激光光源装置，以解决的现有的拉曼散射显微的激光光源的上述问题。本发明还提供一种相干拉曼散射显微系统的激光光源的产生方法。

为了解决上述问题，本发明公开了一种相干拉曼散射显微系统的激光光源装置，包括：

超短脉冲光纤激光器以及对超短脉冲光纤激光器的输出光分束的光束分束器，分束后的两束光分别作为相干拉曼散射过程的斯托克斯光和参量放大器的泵浦光；

可调谐连续光半导体激光器以及对可调谐连续光半导体激光器的输出光进行放大的光纤放大器，放大后的光称为参量放大器的种子光；

对所述泵浦光和参量放大器的种子光在空间合束的第一光束合束器；

顺次接收第一光束合束器光束的第一非线性晶体和第二非线性晶体，两非线性晶体分别作为参量放大器和倍频器；

对所述斯托克斯光和倍频器的输出光在空间合束的第二光束合束器；