提出了調頻相幹反斯托克斯拉曼散射 (FM CARS )，使用緊湊、快速且廣泛可調的基於(yu) 光纖的光源。 使用這種光源，700 cm^(-1)和 3200 cm^(-1)之間的拉曼共振可以通過波長調諧在僅(jin) 5 ms內(nei) 解決(jue) ，這允許使用幀到幀波長切換進行 FM CARS測量。 此外，高靈敏度 FM CARS測量功能通過光纖集成，以保持穩定可靠的運行。 該光源在 1 Hz 的鎖定放大器 (LIA) 帶寬下以 40 倍的增強靈敏度完成了 FM CARS測量。 對於(yu) 以 1 MHz LIA 帶寬進行幀到幀波長切換的快速成像，可以驗證 18 倍對比度增強，使該光源非常適合用於(yu) 醫療診斷或環境傳(chuan) 感的常規和實驗室外 FM CARS測量。
Refine激光器——高靈敏度頻率調製CARS 具有緊湊和快速可調諧的光纖光源
相幹反斯托克斯拉曼散射
顯微鏡已成為(wei) 一種強大的技術，具有許多在生物醫學成像、細胞生物學和醫學領域的国产成人在线观看免费网站。如果泵浦源和斯托克斯場，分別以頻率ωp和ωs與(yu) 拉曼活性分子相互作用,以並且頻率Ω=ωp-ωs發生共振，產(chan) 生頻率為(wei) ωAS=2ωp-ωs的諧振反斯托克斯信號。這個(ge) 信號允許對未染色樣品進行化學選擇性成像。然而，這個(ge) 信號也有不包含任何特定的化學信息的非共振信號的貢獻。這種非共振背景強度取決(jue) 於(yu) 采樣，非共振信號會(hui) 使共振信號失真，甚至可以淹沒諧振信號 。共振和非共振CARS響應起源於(yu) 來自三階磁化率。
在外向方向上檢測 CARS信號顯著降低了非共振型號的貢獻，因此提高了檢測靈敏度。盡管如此，許多可以避免或消除CARS中的非共振背景的替代技術出現了，例如，偏振敏感檢測 ，和時間分辨CARS，當時這也導致了信號衰弱和采集時間的延長。寬帶技術，例如多重 CARS (M-CARS )，允許重建原始拉曼線形 ,具有積分時間長的缺點，不適合高速成像国产成人在线观看免费网站。幹涉CARS提供足夠的成像速度和靈敏度 ，但會(hui) 受到樣本的圖像偽(wei) 影導致折射率變化的影響。此外，共振和非共振圖像的數字減影是預發送並允許獲取背景校正圖像 。作為(wei) 替代獲取背景校正的CARS 型號的技術 ，頻率調製FM CARS 出現了。在 FM CARS 中，諧振和非諧振貢獻CARS 信號由兩(liang) 個(ge) 波長交替的泵浦脈衝(chong) 和一個(ge) 固定在波中的斯托克斯脈衝(chong) 測量長度。鎖定放大器 (LIA) 檢測然後用於(yu) 諧振之間的即時差異計算以及兩(liang) 個(ge) 交替泵浦波的開關(guan) 頻率下的非共振 CARS 信號。因此，FM CARS 允許以增強的靈敏度高速采集背景校正的 CARS 信號。基於(yu) 不同固態光源組合的FM CARS的首次實驗實現提供調頻泵場和斯托克斯場。盡管如此，結合這些可測量低至 0.05% 的光源濃度值，約為(wei) 兩(liang) 個(ge) 數量級數量級優(you) 於(yu) 標準CARS 。後來，FM CARS 使用來自單個(ge) 的啁啾激光脈衝(chong) Ti:sapphire 激光器的出現，已經降低了光源的複雜性，但在CH-stretch 中的調諧速度和調諧範圍或指紋區。然而FM CARS 自由空間光源維護的複雜性和高要求不允許專(zhuan) 業(ye) 激光實驗室外的常規国产成人在线观看免费网站。
為(wei) 了克服上述限製，我們(men) 實現了一種緊湊、快速和廣泛可調的基於(yu) 光纖的光源為(wei) FM CARS 提供所有必要的脈衝(chong) 。使用這種光源，拉曼共振700 cm-1和 3200 cm-1之間的波長可通過波長調諧在僅(jin) 5ms內(nei) 對任意波進行尋址，並啟用具有幀到幀波長切換的高靈敏度 FM CARS 測量。這種 FM 功能基於(yu) 光纖，因此可以無縫集成到全光纖 FOPO 燈中來源 。我們(men) 使用 FM CARS 進行濃度測量，與(yu) 標準 CARS 顯微鏡。此外，FM CARS 成像和具有增強的雙色 FM CARS 成像顯示對比度。由於(yu) 整個(ge) 光源基於(yu) 光纖，因此實現了緊湊而堅固的光源。這一發展構成了推進相幹拉曼成像在便攜性和醫療診斷或環境傳(chuan) 感国产成人在线观看免费网站的靈敏度。實現了由摻鐿（Yb 3+）光纖振蕩器和FOPO組成的全光纖光源（圖一)，它提供了波長可調的同步皮秒脈衝(chong) ，用於(yu) 相幹拉曼測量。它提供了三個(ge) 而不是兩(liang) 個(ge) 不同波長的脈衝(chong) ，即斯托克斯脈衝(chong) 以及波長交替泵浦脈衝(chong) ，對於(yu) 後來的 FM CARS 實驗是必需的。產(chan) 生的斯托克斯脈衝(chong) 在振蕩器內(nei) 並用可飽和吸收鏡 (SAM) 鎖模，可在波長（WL 濾波器）在 1020 nm 和 1060 nm 之間，持續時間為(wei) 7 ps，並被放大（前置放大器和Amp) 分兩(liang) 級，在光隔離器 (Iso) 後麵的輸出處達到 400 mW。波長濾波器由一個(ge) 基於(yu) 光柵和緊湊型機電光束偏轉的定製光纖耦合濾波器開關(guan) 時間為(wei) 300 µs，比大約 5 ms 的 FOPO 啟動快得多。
品質因數為(wei) M2= 1.16±0.07和相對強度噪聲 (RIN) 是在 20.25 MHz，-153.5dBc/Hz 的條件下測量的。除了斯托克斯脈衝(chong) 之外，在帶有線性諧振器的FOPO中還產(chan) 生了 7ps長的泵浦脈衝(chong) ，其基於(yu) 50厘米的polarization-maintaining (PM) 光子晶體(ti) 光纖（PCF、NKT Photonics、LMA-PM-5）以及在定製的 FM 模塊和輸出端拋光 FC/PC 連接器，反射率約為(wei) 4%。PCF 用於(yu) 生成參數四波混頻 (FWM) 增益可通過波長調諧在750nm和980nm 之間進行波長調諧僅(jin) 5ms內(nei) 的振蕩器（相應的波長調諧曲線可以在參考文獻的圖 3（a）中找到。）。FOPO 和放大的振蕩器脈衝(chong) 的組合用作 CARS 的泵浦和斯托克斯波，並允許處理 700 cm-1和 3200 cm-1之間的拉曼譜帶。FOPO 諧振器中的 SMF完成了光譜窄色散調諧 ，使得反饋信號脈衝(chong) 在時間上被拉長，並且隻有窄光譜部分 (<12 cm-1) 與(yu) 下一個(ge) 要放大的泵浦脈衝(chong) 重疊。因此，諧振器的光路長度直接與(yu) FOPO 輸出的波長相關(guan) 。自定義(yi) ——在 FOPO 和振蕩器之間製作啁啾光纖布拉格光柵 (CFBG) 用於(yu) 匹配重複對於(yu) 所有振蕩器波長，振蕩器的頻率與(yu) FOPO 的重複率之比，並取代了自由空間其他 FOPO 中使用的光延遲線 保持振蕩器和 FOPO 同步。對於(yu) 輸出FOPO 測量到光束質量因子M2= 1.03±0.03 和 -127.5 dBc/Hz 的RIN
對於(yu) FM CARS 測量，反饋機製進行了修改，如藍色框（FM模塊，圖1) 原則上形成兩(liang) 個(ge) 光學分離的 FOPO 諧振器，其中每隔一個(ge) 脈衝(chong) 被饋送通過不同的路徑返回。為(wei) 此，FOPO 的光纖耦合端鏡被替換為(wei) 參考的常規設置。由一個(ge) 由光纖耦合電光調製器 (EOM) 組成的模塊，一個(ge) 光纖耦合偏振分束器 (PBS) 和兩(liang) 個(ge) 端鏡（M1 和 M2）。EOM 已同步到40.5 MHz 振蕩器重複率的一半，這導致兩(liang) 個(ge) 反射鏡 M1 之間的脈衝(chong) 到脈衝(chong) 切換和 M2，分別。由於(yu) PBS 和 M1 之間的光路長度與(yu) PBS 和 M2 形成了兩(liang) 個(ge) 不同光路長度的線性諧振腔，這是由於(yu) FOPO 輸出脈衝(chong) 的兩(liang) 個(ge) 交替中心波長的色散調諧。
FOPO 的脈衝(chong) 到脈衝(chong) 波長切換示例性地顯示為(wei) 固定斯托克斯波長1032.7 nm (圖2（一個(ge) ））。844.9 nm (2152 cm-1 ) 和 846.9 nm (2124 cm-1 )之間的波長切換通過光柵分離FOPO輸出的波長並測量兩(liang) 個(ge) 用兩(liang) 個(ge) 光電探測器在空間中分離的脈衝(chong) 序列。由此產(chan) 生的時間軌跡驗證了清晰的脈衝(chong) 到脈衝(chong) 波長交替。
除了時間分布之外，FOPO 在 845nm 附近的光譜輸出是使用光學儀(yi) 器測量的。頻譜分析儀(yi) （圖2(b))，而斯托克斯脈衝(chong) 保持在 1032.7nm 波長的中心。這波——長度組合可以訪問氘代樣品的光譜區域，例如氘代二甲基亞(ya) 碸(dDMSO)。用於(yu) 自發 FWM 增益區域內(nei) 的波長微調（圖2 中的黑色曲線）(b))調整了反射鏡 M1 和 M2 提供的反饋的光路長度差。光譜高以紅色和藍色點亮，相距 28 cm -1並代表圖2 中測得的脈衝(chong) 序列（一個(ge) ）。在這配置，反射鏡 M2 是光纖集成和固定的，實現 FOPO 以固定波數發射在固定振蕩器波長的增益帶寬（紅色曲線）的右側(ce) 。而 M1 被放置在自由空間光延遲線，通過其位置精確調整 FWM 增益區域中的第二個(ge) 波長（灰色曲線）。為(wei) 了覆蓋整個(ge) 自發 FWM 增益帶寬，反射鏡 M1 必須移動 5.6 cm，而圖 2(b) 中紅色和藍色光譜的諧振器長度差異僅(jin) 為(wei) 0.8 cm 並且保持不變測量時固定。因此，如果脈衝(chong) 在輸出是可以接受的，自由空間光延遲線可以用完全集成的光纖反射鏡代替。
所有的 CARS 測量都是使用自製的激光掃描顯微鏡向前進行的帶有顯微鏡物鏡 (Seiwa PEIR-Plan-50x, NA = 0.6) 和光電倍增管 (PMT, HamamatsuH7422-20) 無需解掃描。PMT 信號用 LIA (Zurich Instruments HF2LI) 在調製頻率為(wei) 20.25 MHz。對於(yu) FM CARS 測量，使用了如圖1所示的 FOPO ，而對於(yu) 標準 CARS 測量，M1 的反饋路徑被機械快門阻擋。為(wei) 了量化 FM CARS 與(yu) 標準檢測靈敏度相比所實現的增加測量了含有 dDMSO 和水的 CARS 稀釋係列。對於(yu) 該測量，dDMSO 的共振在2125 cm-1和大約 2145cm-1處的非共振貢獻以相同的平均功率處理在成像平麵中大約 20 mW。對於(yu) 此特定測量，LIA 檢測帶寬設置為(wei) 1 Hz用於(yu) 降低噪聲以提高靈敏度。標準CARS信號以及 FM CARS 信號均被歸一化為(wei) 純 dDMSO的信號並針對濃度作圖（圖3）。為(wei) 了驗證 FM CARS 的好處，我們(men) 調查了低濃度低於(yu) 10% 的交易量。使用標準 CARS ，水中的 dDMSO 濃度約為(wei) 2%測量，受非共振背景的限製。對於(yu) FM CARS ，檢測限約為(wei) 0.05 %。dDMSO在水中（添加了紅色和藍色虛線以引導眼睛），因此靈敏度提高了40 的因數。由於(yu) 殘留的電子噪聲，甚至無法分辨更低的濃度。調頻CARS 結果與(yu) 方程非常吻合。其中 Ganikhanov 等人介紹低濃度下FM CARS強度的表達式。
使用 FM CARS 測得的水中濃度限製約為(wei) 0.05% dDMSO甲醇水溶液。然而，代替使用同步固態激光器，這裏展示的結果是通過使用單個(ge) 緊湊而堅固的光源實現的，這是一個(ge) 重要的簡化並實現 FM CARS 在專(zhuan) 業(ye) 激光實驗室內(nei) 外的常規国产成人在线观看免费网站。為(wei) 了展示所提出的用於(yu) 成像国产成人在线观看免费网站的光源的能力，首先是一個(ge) 技術樣本，即使用標準 CARS 和 FM CARS 對 dDMSO 和菜籽油的混合物進行成像以進行直接比較（圖4(a) 和 (b))。調製泵浦脈衝(chong) 的波長為(wei) 841.4 nm 和 840.5 nm，尋址結合 1038nm 的斯托克斯脈衝(chong) 、dDMSO 在 2250cm-1的弱拉曼共振和分別在 2263 cm-1處的非共振貢獻。被調查的菜籽油僅(jin) 表現出非共振CARS 信號，因為(wei) 菜籽油在兩(liang) 個(ge) 波數下都沒有表現出任何拉曼共振。在焦平麵上，兩(liang) 個(ge) 泵浦脈衝(chong) 串的平均功率為(wei) 32 mW，而斯托克斯脈衝(chong) 串的平均功率為(wei) 60 兆瓦。圖4中顯示的所有圖像（512x512 像素，無平均）都是在 LIA帶寬為(wei) 1MHz 以證明調頻 FOPO 非常適合快速成像，盡管 LIA較低帶寬將進一步降低電子噪聲。如圖4 所示(a)、強非共振CARS 信號來自菜籽油（下部）是可測量的，而在圖4(b) 區域內(nei) 的 FM CARS信號菜籽油顯示接近零的非共振信號，因此具有更高的對比度。對比度被量化通過從(cong) 圖4 中的圖像中劃分非共振和共振信號的平均值(a) 和 (b) 和在標準 CARS圖像 2.5 中，而在 FM CARS中為(wei) 45.0。因此，18 倍對比度增強和顯著提高了可區分性。為(wei) 了演示獲取背景抑製圖像的 FM CARS 功能拉曼光譜中的不同共振，菜籽油中的聚苯乙烯 (PS) 珠粒（圖4）(c) 和 (d)) 和新鮮用 dDMSO 浸泡兩(liang) 小時的脂肪組織（圖4(e) 和 (f)) 成像。PS珠子被成像解決(jue) 1035 cm -1處的指紋共振。在這個(ge) 特定的樣本中，一個(ge) 因子的對比度增強7.2 被確定。一般來說，可實現的對比度增強取決(jue) 於(yu) 共振的強度以及非共振 CARS 的貢獻，並且因不同的拉曼共振和樣品而異。斯坦-dardCARS（圖4(e)) 和 FM CARS （圖4）(f)) 獲取組織的圖像以解決(jue) 分子dDMSO 在 2125 cm -1處的振動（在 2D 顏色圖的垂直軸上從(cong) 黑色到綠色）和脂質在2850 cm -1（在 2D 顏色圖的水平軸上從(cong) 黑色到洋紅色）。在標準 CARS 圖像中脂質的強烈非共振貢獻降低了對比度，導致圖4 中的白色區域(e)因為(wei) 綠色和洋紅色加起來為(wei) 白色（二維顏色圖的對角線）。FM CARS 啟用重新成像導致脂質的非共振貢獻，因此，綠色和洋紅色區域在空間上變得很好在圖4中的假彩色圖像中分離（F）。對於(yu) 所有 FM CARS 圖像，非共振 CARS 貢獻在波數比上述拉曼共振波數高出大約 20 cm -1處測量。在圖4 中的圖像旁邊，我們(men) 將可視化 1附加到補充材料中，它顯示了實時使用標準和 FM CARS 在四幀處對新鮮脂肪組織中的 dDMSO 和脂質共振成像每秒（256x256 像素，無平均），但是，具有幀到幀波長切換。尤其是這測量強調了這裏介紹的光源的好處，因為(wei) 可以在兩(liang) 個(ge) 拉曼共振時間小於(yu) 5 ms 結合對比FM CARS 的增強。
總之，一種用於(yu) FM CARS 的堅固、緊湊、快速且廣泛可調的基於(yu) 光纖的光源被提出。光源由快速可調鎖模光纖振蕩器、兩(liang) 級放大器和一種適用於(yu) FM CARS 的光纖參量振蕩器，帶有用於(yu) 波長交替的光纖模塊調製頻率為(wei) 20.25 MHz。結合斯托克斯脈衝(chong) ，背景抑製調頻CARS 成像是在一個(ge) 簡單的鎖定放大器 (LIA) 檢測方案中完成的。允許使用 FM CARS 用於(yu) 在 1 Hz 的 LIA 帶寬下檢測低至 0.05 % 的濃度，代表了改進與(yu) 標準 CARS 相比，靈敏度提高了 40 倍。在 1 MHz 的 LIA 帶寬下，減少CARS 信號的非共振貢獻，因此，增加的檢測靈敏度導致對比度增強 18 倍，即使在快速成像国产成人在线观看免费网站中也能提高圖像質量。結合光源在 5ms 內(nei) 的快速和寬波長可調性，FM CARS 與(yu) 完成了幀到幀的波長切換。未來，所呈現燈的 FM 功能源也可用於(yu) 精確測量兩(liang) 個(ge) 相鄰拉曼共振隨時間的比值50 ns 的分辨率，通過參考一個(ge) 拉曼共振對第二個(ge) 拉曼共振，例如可以在腫瘤診斷領域找到国产成人在线观看免费网站。此外，緊湊的光纖集成和實現的穩健性不僅(jin) 可以在專(zhuan) 門的激光實驗室內(nei) 進行 FM CARS 成像，還可以提供有可能用於(yu) 醫療診斷或環境傳(chuan) 感。
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