[发明专利]多功能相干拉曼散射生物成像光源

说明书

本发明涉及一种多功能相干拉曼散射生物成像光源，激光振荡器输出的种子光经过一、二级放大模块提高平均功率，以满足参量转换的阈值条件；放大光经光耦合器进入参量转换模块，产生斯托克斯光；再经过功率分束器分束，一部分作成像光源输出，另一部分进入波长分束器，实现斯托克斯光和泵光的分离，分离光分别进入两个重频调谐模块，两重频调谐模块可相互独立的控制斯托克斯光和泵光的重复频率；再分别连接第一时间延时模块和第二时间延时模块，调节色散匹配，使两束反馈光经过光耦合器耦合到参量转换模块，反馈回光耦合器的泵光和斯托克斯光在时间上同步、空间上重合，实现双参量振荡反馈。实现了该高效率的多功能相干拉曼散射成像生物光源。

技术领域

本发明涉及一种成像光源装置，特别涉及一种多功能相干拉曼散射生物成像光源。

背景技术

相干拉曼散射(CherentRaman Scattering,CRS)成像技术由于具有无标记、非侵入性、无损伤和化学特异性的特征，被广泛应用于生物和医学领域，利用两束光信号与样品的化学键发生共振，产生表征化学键类型的光束。CRS成像技术包含两种成像方式，相干反斯托克斯拉曼散射(Cherent Anti-stokes Raman Scattering,CARS)和受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering,SRS)。CARS和SRS的非线性效应使CRS成像技术具备了好的探测灵敏度和三维成像能力，不仅可用于难以标记的分子成像，而且避免了标记过程对生物样品带来的光毒性。

其中CARS成像技术由于其非共振背景噪声的存在使产生的CARS扫描信号的峰值在频域上发生迁移，与拉曼信号无法完全对应，这会影响物质成分分析的准确性。而SRS技术无非共振背景噪声，其光谱信息与自发拉曼光谱完全一致，并且SRS信号和分子浓度呈正比关系，可以对分子浓度进行定量分析。但SRS成像时，需要在强背景光下测量相对较弱的信号光，这经常受到其他非线性光学过程的干扰，如:探测光的光强会因瞬态吸收或者双光子双色吸收的存在而改变；探测光的传播方向由于交叉相位调制和光热效应的影响发生变化，这给探测信息带来很大的干扰，使SRS成像难度增加，降低了探测灵敏度。但在CARS成像技术中不存在该问题。

传统的CARS成像技术和SRS成像技术由于对光源的需求不同，被设计成单腔参量振荡结构，而单谐振腔内的泵光由于无法参与反馈发生四波混频而被损耗掉，使系统内的泵光利用率不高。并且单一的CARS或SRS成像光源技术虽然各有优势，但也均有其不足，得到到的信息不够准确、探测灵敏度不够高。因此，为得到准确丰富的样品图像，经常需要多种成像手段综合使用，但目前的光源无法满足这一要求。

发明内容

本发明是针对成像光源技术存在的问题，提出了一种多功能相干拉曼散射生物成像光源，即可作相干反斯托克斯拉曼散射成像光源，又可作受激拉曼散射成像光源，即实现了该高效率的多功能相干拉曼散射成像生物光源。

本发明的技术方案为：一种多功能相干拉曼散射生物成像光源，包括振荡器、一级放大模块、二级放大模块、光耦合器、参量转换模块、功率分束器、波长分束器、第一重频调谐模块、第一时间延时模块、第二重频调谐模块和第二时间延时模块；

激光振荡器输出的种子光先经过一级放大模块提高平均功率；一级放大模块输出光再进入二级放大模块，实现种子光功率的再次放大，以满足参量转换的阈值条件；二级放大输出泵光经光耦合器进入由光子晶体光纤构成的参量转换模块，发生四波混频，产生斯托克斯光；参量转换模块末端放置功率分束器，将一部分功率的光束作成像光源输出，剩余部分功率光进入波长分束器，实现斯托克斯光和泵光的分离，之后斯托克斯光和泵光分别进入第一重频调谐模块和第二重频调谐模块，两重频调谐模块可相互独立的控制斯托克斯光和泵光的重复频率；第一重频调谐模块和第二重频调谐模块分别连接第一时间延时模块和第二时间延时模块，调节色散匹配，使第一时间延时模块和第二时间延时模块输出的反馈光经过光耦合器耦合到参量转换模块，反馈回光耦合器的泵光和斯托克斯光在时间上同步、空间上重合，实现双参量振荡反馈。