[发明专利]一种简便的超宽带受激拉曼光谱显微成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及光学显微技术、光纤技术及生物检测技术领域，具体涉及一种简便的超宽带受激拉曼光谱显微成像系统。

背景技术

在光学生物成像系统中，借助探针标记的荧光显微镜，尤其是基于荧光单分子过程的共聚焦荧光显微镜，由于其高分辨率、高灵敏度和高放大率等优点，已经得到了广泛的应用。然而，由于存在有一些生物分子没有明显的光致发光特性或者标记探针容易造成生物损伤，因此，需要新的无标记的高特异性、高对比度生物成像方式，如受激拉曼散射成像、相干反斯托克斯拉曼散射成像、受激荧光成像等。

其中，受激拉曼散射显微成像是采用两束有特定频率差的光束进行照射，通过测量受激拉曼过程中其中一束光的能量变化进行成像。这一技术具有如下优点：1、无非共振背景光干扰，信噪比高，灵敏度高；2、光谱与自发拉曼光谱一致；3、信号强度与样品浓度线性相关，可以进行化学定量分析等，目前已得到了广泛的关注。

过去的大量研究中，受激拉曼显微系统都是采用两台钛蓝宝石激光器或者一台钛蓝宝石激光器和一台光参量振荡器分别作为两束光的光源，这种双光源系统价格昂贵，体积庞大，系统复杂，脉冲的调谐和同步比较麻烦，而且很难实现样品在不同拉曼光谱范围的连续可调超宽带光谱成像，即使已经有科研人员可以利用一些方法做到在某些拉曼光谱范围的连续成像，但其成像光谱范围也是十分有限。然而生物学中需要研究的对象的拉曼光谱，从常用的非极性溶剂二甲基亚砜（DMSO）中富含的S=O键的约670cm^-1，到核酸中富含的O-P-O对称键的约1095cm^-1，从蛋白质中富含的C-H₃键的约2950cm^-1，到水中富含的O-H键的约3250cm^-1，需要探测的光谱范围十分广泛，如果能有一种简便的大范围超宽带光谱成像检测方法，对于生命科学、医学的检测将提供很大的便利。

利用单个脉冲在光子晶体光纤的各种非线性效应对其展开产生的超连续谱是一种新型的光源，它具有高的输出功率、平坦的宽带光谱、高度的空间相干等特性，能极大提高信噪比、加宽光谱测量范围，在生物成像、光纤衰减测量、干涉测量仪、光相干摄影术、光学频率梳等方面有广泛的应用。超连续谱具有啁啾特性，对于单个脉冲的不同波长光具有前后时间差，因此，如果能将脉冲激光与宽带超连续谱中的不同成分分别在空间、时间上同步，就有望实现快速可调的超宽带受激拉曼连续光谱成像，特别是针对于生物检测领域十分有意义的超宽带拉曼光谱段的连续测量。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种简便的超宽带受激拉曼光谱显微成像系统，该系统通过转动一个简便的旋钮结构即能够连续调节两束脉冲的时间延迟，从而对一段在生物应用中很有研究价值的超宽带拉曼光谱成分进行受激拉曼光谱信号连续检测成像，具有操作简单、系统成本低等优点。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种简便的超宽带受激拉曼光谱显微成像系统，包括一超短脉冲激光器、偏振分束镜、带有旋钮的回射镜系统、光强调制器、光子晶体光纤、带通滤波器、二向色镜，超短脉冲激光器产生超短脉冲激光，该激光经偏振分束镜分为两束，一束反射脉冲为斯托克斯光，沿该激光束前进方向依次放置有一个带有旋钮的光程可调的回射镜系统和一个光强调制器，用于完成对斯托克斯光的频率调制，另一束透射脉冲为泵浦光，沿该激光前进方向依次放置一个光子晶体光纤和一个带通滤波器，光子晶体光纤用于使脉冲在激光的非线性效应下展宽产生超连续谱，带通滤波器用于选取一段波长范围的超连续谱作为超宽带光谱成像所用的泵浦光；两束光经过一个二向色镜后共线，通过调节回射镜系统上的旋钮调节两脉冲的时间延迟，使斯托克斯光与泵浦光中的不同波长成分重叠，然后光束进入扫描单元。本发明只需要通过简单调节光程大小精密可调的回射镜系统，改变斯托克斯光相对于超连续谱泵浦光的光延迟时间使斯托克斯光与泵浦光超连续谱中的不同波长成分依次重叠，利用选取好的脉冲光的波长和超连续谱的波段范围，即可实现连续可调的超宽带受激拉曼生物显微光谱成像。

作为一种优选方式，所述光谱显微成像系统还包括依次放置的扫描单元、物镜、聚光镜、滤光片、光电探测器、锁相放大器，两束光共线后依次进入扫描单元、物镜，然后照射在物镜焦点处的样本上，经一聚光镜收集后平行照射在滤光片上，滤光片滤掉斯托克斯光透过泵浦光使泵浦光被光电探测器接收，再经由与光强调制器同频率的锁相放大器处理后成像在电脑上。