[发明专利]多通道相干拉曼散射光学装置和成像系统

说明书

本发明涉及一种多通道相干拉曼散射光学装置和成像系统，包括分束器、第一光学组件、第二光学组件、光强调制器和第一合束器；分束器将种子光进行分束传输；第一光学组件将种子光转化为泵浦光；第二光学组件将种子光转化为波长互不相同的斯托克斯光；光强调制器对斯托克斯光的光强进行调制，各个斯托克斯光以光强强弱交错的形式输出至第一合束器进行合束，使各路斯托克斯光与泵浦光激发多种特定分子的振动模式产生的相干拉曼散射信号，实现原位多通道同时成像，提升光学成像系统的工作效率，取代价格昂贵的高灵敏度探测器阵列，还能够避免多束高峰值功率光同时激发样品引起非线性光学饱和。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，特别是涉及一种多通道相干拉曼散射光学装置和多通道相干拉曼散射显微成像系统。

背景技术

相干拉曼散射光谱技术是光学技术领域中的重要技术，包括受激拉曼散射光谱技术、相干反斯托克斯拉曼光谱技术、拉曼诱导克尔效应等，其主要使用超短脉冲激光来激发样本本身的非线性光学信号，然后通过应用激光扫描和显微技术，获得样本的显微成像，该技术应用在生物成像和分子检测领域，具有免化学染料标记、生物分子特异性成像、三维成像等优势，在组织切片样本成像、细胞成像、人体动态成像等医学领域具有巨大价值。

当两束或以上激发光的频率差与样本的特征拉曼峰匹配时，可以实现受激拉曼散射信号的辐射，从而使得样本产生的光学信号得到极大增强。目前报道的用于产生相干拉曼散射信号的技术主要包括三种，第一种是采用两台相位锁定的固体激光器作为产生相干拉曼散射的泵浦光和斯托克斯光；第二种是采用超短脉冲激光器配备光学参量振荡器或光学参量放大器，产生泵浦光和斯托克斯光；第三种是由超短脉冲固体激光或光纤激光配备非线性光子晶体光纤，产生泵浦光和斯托克斯光。

其中，采用固体激光器的方案的主要问题为系统体积大，结构复杂，成本昂贵，并且光路为自由光路，稳定性差。

另一方面，泵浦非线性光子晶体光纤产生的超连续白光功率较低，产生的相干拉曼散射信号很弱，只能使用高灵敏度的探测器阵列进行探测，并且只适用于相干反斯托克斯拉曼散射显微成像。相干反斯托克斯拉曼散射光谱中会包含非共振信号引起的背景噪声，不利于光谱分析，并且高灵敏度的探测器阵列如电子增强电荷耦合器件价格极其昂贵，该技术成本极高。对于受激拉曼散射，其光谱中不包含背景噪声且探测器价格较低，然而，目前采用探测器阵列的测量技术无法实现受激拉曼散射显微成像。

总之，目前相干拉曼散射显微成像技术方向为，设计结构紧凑、稳定的系统、降低成本、实现多通道或高光谱成像。

发明内容

基于此，针对不同分子振动模式，实现多通道相干拉曼散射信号同时成像，提升系统的工作效率，并且取代价格昂贵的高灵敏度探测器阵列，提供一种多通道相干拉曼散射光学装置和多通道相干拉曼散射显微成像系统。

一种多通道相干拉曼散射光学装置，包括：分束器、第一光学组件、第二光学组件、光强调制器和第一合束器；其中，

所述分束器，用于将种子光分束至泵浦支路和至少两路斯托克斯支路传输；

所述第一光学组件，用于将所述泵浦支路的种子光转化为泵浦光输出至所述第一合束器；

所述第二光学组件，用于将各个所述斯托克斯支路的种子光转化为波长互不相同的斯托克斯光；

所述光强调制器，用于对所述斯托克斯光的光强进行调制，以使各个所述斯托克斯光以光强强弱交错的形式输出至所述第一合束器；

所述第一合束器，用于将所述泵浦光和各个斯托克斯光进行合束。