[发明专利]一种便携高分辨率光纤CARS显微激发源装置及实现方法

说明书

技术领域

本发明属于非线性光学成像领域，尤其涉及用于CARS显微成像的一种便携高分辨率光纤激发源，可以用于生物和化学领域的物质成分检测。

背景技术

相干反斯托克斯拉曼散射技术（CARS）利用四波混频来探测分子振动，当泵浦光和斯托克斯光的频差等于与待检测分子振动频率，分子固有振动得到共振增强，探测光与之作用时，会产生很强的反斯托克斯散射信号。CARS信号是在相干过程中产生，信号的方向性强，容易收集。CARS信号是反斯托克斯光，相对激发光蓝移，容易滤除荧光背景的干扰。CARS基于三阶非线性效应，只在焦点处很小的体积内产生，因此本质上具有三维层析能力，无需共焦系统。因此CARS显微成像技术在近年来引起广泛关注，发展十分迅速。CARS已经成功地用于活体细胞、蛋白质结构、脂质膜等的非侵入式成像。CARS显微成像技术的核心是用于产生非线性效应的CARS激发源。目前CARS显微和光谱系统主要采用两个具有反馈控制的Ti：Sapphire激光器或同一泵浦源泵浦的两个光学参量振荡器作为激发源，泵浦光和斯托克斯光同步调节困难，波长调谐采用机械装置，调谐速度慢，重复性差，从而使得整个系统庞大复杂，需要专职技术人员维护和调整系统，严重阻碍了CARS的广泛应用。为了使多个领域研究人员或者医药领域人员能够把CARS当成一个日常使用的技术工具来使用，研发出易用、结构紧凑、低成本和可靠的激发源非常关键。

发明内容

为了克服现有技术存在的问题，本发明提供了一种便携高分辨率光纤CARS显微激发源装置及实现方法，实现了基于单个飞秒光纤激光器的新型便携式CARS激发源。

本发明提供的一种便携高分辨率光纤CARS显微激发源装置，该装置按照输入到输出依序包括飞秒光纤激光光源1、分束器2、电控相位延迟器3、检偏器4、光子晶体光纤5、多模光纤6、单模光纤7、电控延迟线8、合束器9、输出端口11以及控制模块10，其中：

飞秒光纤激光光源1用于提供飞秒激光脉冲；

分束器2，用于将飞秒光纤激光光源产生的脉冲光束分成两束，功率较小的一束作为泵浦光，较大的一束用于产生斯托克斯光，其中功率较小的光束功率占总功率的比例为0.1～0.4；

电控相位延迟器3，用于改变相位延迟从而改变输入光的偏振态，配合检偏器，实现对光功率的电控调节；

检偏器4，用于透过一偏振态的光，结合电控相位延迟器进行入射到光子晶体光纤的光功率控制；

光子晶体光纤5，用于产生光孤子，并且利用一阶孤子频移效应，产生可调谐的斯托克斯脉冲；

多模光纤6，配合单模光纤进行光脉冲啁啾处理；

单模光纤7，配合多模光纤进行光脉冲啁啾处理；

电控延迟线8，调节泵浦光的延时来达到两路脉冲光的时间同步；

合束器9，将两束光合并成一束，传送到输出端口；

输出端口11，用于与外部的接口；

控制模块10，用于控制电控延迟线的延迟特性和电控相位延迟器的相位延迟。

所述多模光纤6采用阶跃型多模光纤，纤芯为50～100μm。

所述多模光纤6与所述单模光纤7使用光纤熔接机融合，控制损耗在0.5dB以内；调节多模光纤与单模光纤的长度比值与参数配置，实现脉冲啁啾处理，进行不同的压缩谱宽调节。

本发明还提出了一种便携高分辨率光纤CARS显微激发源实现方法，该方法包括以下步骤：

飞秒激光脉冲由飞秒光纤激光器产生，经过分束器，产生两束飞秒脉冲光，分别作为泵浦光和斯托克斯光。控制模块控制电控相位延迟器使斯托克斯光改变偏振态，然后结合检偏器进行脉冲激光的功率调制，在光子晶体光纤中，不同功率的飞秒脉冲光产生不同的光孤子频移，实现快速宽调谐，然后经过多模光纤跟单模光纤的串接方式，实现对斯托克斯光脉冲的啁啾处理，压缩脉冲的谱宽；控制模块控制电控延迟线，使另一束泵浦光经过电控延迟线调节后，与斯托克斯光在光纤输出端口达到时间上的同步，多模光纤跟单模光纤串接进行啁啾处理，压缩脉冲的谱宽，实现高分辨率；最后经过合束器将两束光合并且耦合进同一根光纤，到达输出端口，产生CARS光源光信号。

所述多模光纤跟单模光纤串接进行啁啾处理的步骤，还包括调节多模光纤与单模光纤的长度比值与参数配置，实现脉冲啁啾处理，进行不同的压缩谱宽调节的处理。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果：

（1）采用光纤结构，环境抗干扰性强，便携，具有与商业化的显微镜快速连接实现CARS成像功能的能力；