[发明专利]利用光纤产生的四波混频信号进行CARS成像的系统及方法

摘要

本发明是利用光纤产生的四波混频信号进行CARS成像的系统及方法，包括激光光源、多片反射镜、光学参量振荡器、精密位移台、两个长波通二向色镜、耦合物镜、光纤、二维扫描器、聚焦透镜、支承套、样品、带通滤波片、成像透镜、探测器和计算机。光源发出倍频光束泵浦光学参量振荡器后输出的光束，光源发出的基频光束，分别为CARS成像的泵浦光和斯托克斯光，它们在时间和空间上重合后在光纤中传输时激发出的四波混频信号为CARS成像的探针光。它们被聚焦在样品上产生的CARS信号光与它们的频率不重叠，可用长波通二向色镜分离出来。本发明相对标准CARS系统配置而言未新增器件，且对使用的器件没有特殊要求，系统简化并节约了成本。

主权项

利用光纤产生的四波混频信号进行CARS成像的系统，其特征在于：包括激光光源(1)、第一反射镜(2)、第二反射镜(3)、光学参量振荡器(4)、第三反射镜(5)、第四反射镜(6)、第五反射镜(7)、第六反射镜(8)、第七反射镜(9)、第八反射镜(10)、精密位移台(11)、第九反射镜(12)、第一长波通二向色镜(13)、第十反射镜(14)、耦合物镜(15)、光纤(16)、二维扫描器(17)、聚焦透镜(18)、支承套(19)、样品(20)、第二长波通二向色镜(21)、带通滤波片(22)、成像透镜(23)、探测器(24)和计算机(25)，其中：从激光光源(1)的输出端口a发出的倍频光束经第一反射镜(2)和第二反射镜(3)反射后，输入并泵浦光学参量振荡器(4)，由光学参量振荡器(4)输出的光束为CARS成像的泵浦光；从激光光源(1)的输出端口b发出的基频光束为CARS成像的斯托克斯光，斯托克斯光依次经第三反射镜(5)、第四反射镜(6)、第五反射镜(7)、第六反射镜(8)、第七反射镜(9)、第八反射镜(10)、和第九反射镜(12)反射后至第一长波通二向色镜(13)，这一光路为斯托克斯光路；在斯托克斯光路中的第六反射镜(8)和第七反射镜(9)安装在精密位移台(11)上；通过调节精密位移台(11)、以及第八反射镜(10)与第九反射镜(12)，分别使从光学参量振荡器(4)输出的泵浦光和从第九反射镜(12)来的斯托克斯光通过第一长波通二向色镜(13)后在时间和空间上重合；时间和空间上重合的泵浦光和斯托克斯光经第十反射镜(14)反射至第二长波通二向色镜(21)后，被耦合物镜(15)耦合进光纤(16)中传输；时间和空间上重合的泵浦光和斯托克斯光在光纤(16)中传输时，激发出非相位匹配的四波混频信号，把四波混频信号作为CARS成像的探针光；从光纤(16)输出的泵浦光、斯托克斯光和探针光被聚焦透镜(18)聚焦在样品(20)上并激发出CARS信号；光纤(16)的端部固定在二维扫描器(17)上，并使光纤(16)伸出一小段成为悬臂梁，二维扫描器(17)和聚焦透镜(18)安装在支承套(19)内；由样品(20)产生的CARS信号光和被样品(20)后向反射或散射的泵浦光、斯托克斯光和探针光，被聚焦透镜(18)收集并耦合进光纤(16)中 传输，然后经耦合物镜(15)后至第二长波通二向色镜(21)；被样品(20)后向反射或散射的泵浦光、斯托克斯光和探针光透过第二长波通二向色镜(21)，CARS信号光被第二长波通二向色镜(21)反射后经带通滤波片(22)和成像透镜(23)后被探测器(24)接收；计算机(25)控制安装在支承套(19)内的二维扫描器(17)带着光纤端部共振，使被聚焦透镜(18)聚焦的泵浦光、斯托克斯光和探针光在样品(20)上进行二维扫描，计算机(25)同时控制探测器(24)同步采集CARS信号并传输至计算机(25)进行处理，从而得到样品的二维CARS成像结果。