CN208924248U - 多通道相干拉曼散射光学系统和成像系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多通道相干拉曼散射光学系统和成像系统，包括产生种子光的超短脉冲光纤激光器、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并传输至光强调制器对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与泵浦光激发多种特定分子的振动模式对应的相干拉曼散射信号，使用单通道光电探测器就能够实现原位同时的相干拉曼散射多通道成像，提升成像效率。

Description

多通道相干拉曼散射光学系统和成像系统

技术领域

本实用新型涉及光学技术领域，特别是涉及一种多通道相干拉曼散射光学系统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：

1、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，然而该技术需要采用反馈控制电路，造成额外的噪声，且系统复杂，成本昂贵；

2、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，该技术可直接获得同步脉冲，并且具有极大的频率调谐范围，然而该技术系统体积巨大，成本昂贵。

3.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。但由于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。

实用新型内容

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，提升系统的成像效率，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系统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系统，包括：用于产生种子光的超短脉冲光纤激光器、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，将所述种子光分束至泵浦支路和至少两路斯托克斯支路传输；

所述第一光学组件设于所述泵浦支路上，将该泵浦支路上的所述种子光转化为泵浦光，并传输至所述第一合束器；

所述第二光学组件设于各个所述斯托克斯支路上，将各个所述斯托克斯支路上的种子光转化为波长互不相同的斯托克斯光，并传输至所述光强调制器；

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传输至所述第一合束器；

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。

上述多通道相干拉曼散射光学系统，超短脉冲光纤激光器将产生的种子光通过分束器分为泵浦支路和至少两路斯托克斯支路，第一光学组件将泵浦支路上的种子光转化为泵浦光，第二光学组件将各个所述斯托克斯支路上的种子光转化为波长互不相同的斯托克斯光，光强调制器对该斯托克斯光的光强进行调制，使之以光强强弱交错的形式输出至第一合束器进行合束，从而使得合束后的光强强弱交错的各路斯托克斯光与泵浦光激发多种特定分子的振动模式对应的相干拉曼散射信号，实现多通道相干拉曼散射信号同时成像，提升光学成像系统的工作效率，还能够避免多束高峰值功率斯托克斯光同时激发样品时引起的非线性光学饱和，提高相干拉曼散射信号的质量，而且采用超短脉冲光纤激光器作为相干拉曼散射信号的种子光源，还使得光学系统更为紧凑，结构更加简单，降低了成本降低，提高了光学系统的稳定性。

在一个实施例中，还包括设于所述第二光学组件与光强调制器之间的第二合束器；其中，所述第二合束器，将波长互不相同的各个所述斯托克斯光进行合束，并传输至所述光强调制器。

在一个实施例中，还包括设于所述光强调制器与第一合束器之间的第三合束器；其中，所述光强调制器的数量为多个，分别设于各个所述斯托克斯支路上；所述第三合束器，将各个所述光强调制器输出的斯托克斯光进行合束，并传输至第一合束器。

在一个实施例中，所述第一光学组件包括倍频模块；其中，所述倍频模块，将所述种子光倍频为所述泵浦光并传输至所述第一合束器。

在一个实施例中，所述第一光学组件还包括设于所述分束器与倍频模块之间的调谐模块；其中，所述调谐模块，将所述分束器分束至泵浦支路的种子光进行调谐并传输至所述倍频模块。

在一个实施例中，所述调谐模块依次包括光子晶体光纤和第一窄带滤光片；其中，所述光子晶体光纤，将泵浦支路上的所述种子光进行频率扩展，并传输至所述第一窄带滤光片；所述第一窄带滤光片，用于从频率扩展后的所述种子光中滤出指定频率的种子光，并传输至所述倍频模块。

在一个实施例中，所述第一光学组件还包括第一光纤放大器和第一光束准直器；其中，所述第一光纤放大器和第一光束准直器依次设于所述第一窄带滤光片与倍频模块之间；所述第一光纤放大器，将所述第一窄带滤光片滤出的指定频率的所述种子光进行放大，并传输至所述第一光束准直器；所述第一光束准直器，将放大后的所述种子光进行准直，并传输至所述倍频模块。

在一个实施例中，所述第二光学组件依次包括第二窄带滤光片、第二光纤放大器、第二光束准直器和光程调整机构；其中，所述第二窄带滤光片，从所述分束器分束至泵浦支路上的所述种子光中滤出指定频率的斯托克斯光，并传输至所述第二光纤放大器；所述第二光纤放大器，将所述斯托克斯光进行放大，并传输至所述第二光束准直器；所述第二光束准直器，将放大的所述斯托克斯光进行准直，并传输至所述光程调整机构；所述光程调整机构，对所述准直的斯托克斯光的光程进行调整，以使所述各个所述斯托克斯支路的斯托克斯光的光程与所述泵浦支路上的泵浦光的光程一致。

在一个实施例中，提供了一种多通道相干拉曼散射显微成像系统，包括依次布置的如上任一项实施例所述的多通道相干拉曼散射光学系统、激光振镜、显微镜和光信号探测设备；其中，

所述多通道相干拉曼散射光学系统，将产生的用于激发相干拉曼散射信号的泵浦光以及至少两束斯托克斯光进行合束，并传输至所述激光振镜；

所述激光振镜，将合束的所述泵浦光和斯托克斯光输入到所述显微镜当中，以使在所述显微镜的样品处激发出相干拉曼散射信号；

所述光信号探测设备，用于探测所述相干拉曼散射信号并对该相干拉曼散射信号进行成像。

上述多通道相干拉曼散射显微成像系统，分束器可以接收光纤激光器产生的种子光并将其分束至泵浦支路和至少两路斯托克斯支路中进行传输，第一光学组件将泵浦支路上传输的种子光转化为用于产生相干拉曼散射信号的泵浦光，第二光学组件将各个斯托克斯支路上传输的种子光转化为频率互不相同的斯托克斯光，光强调制器对该斯托克斯光的光强进行调制，使之以光强强弱交错的形式输出至第一合束器进行合束，从而使得合束后的光强强弱交错的各路斯托克斯光与泵浦光可以通过激光振镜聚焦在显微镜的样品处使得该样品产生相干拉曼散射信号，再通过光信号探测设备探测该相干拉曼散射信号并进行成像。该系统仅使用一个单通道探测器即可同时探测样品的多种特定分子的振动模式产生至少两种相干拉曼散射信号，取代探测器阵列，实现同时原位多通道成像，还能够避免多束高峰值功率斯托克斯光同时激发样品时引起的非线性光学饱和，提高相干拉曼散射信号的质量，而且采用光纤激光器作为相干拉曼散射信号的种子光源，使得光学系统更为紧凑，结构更加简单，降低了成本降低，提高了光学系统的稳定性。

在一个实施例中，所述光信号探测设备依次包括滤光片、光电探测器和信号处理器；其中，所述滤光片，滤除所述相干拉曼散射信号的杂光，并将滤除杂光后的所述相干拉曼散射信号传输至所述光电探测器；所述光电探测器，将所述相干拉曼散射信号转化为相应的电信号，并输出至所述信号处理器；所述信号处理器，用于将所述电信号进行成像处理。

附图说明

图1为一个实施例中多通道相干拉曼散射光学系统和成像系统的结构示意图；

图2为一个实施例中双通道斯托克斯光的调制原理示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，本实用新型实施例所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\ 第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二 \第三”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

在一个实施例中，提供了一种多通道相干拉曼散射信号的光学系统，参考图1，图1为一个实施例中多通道相干拉曼散射光学系统和成像系统的结构示意图，多通道相干拉曼散射光学系统和成像系统可以包括：用于产生种子光的超短脉冲光纤激光器100、分束器200、第一光学组件300、第二光学组件400、光强调制器500和第一合束器600。

分束器200是按照一定的能量比例将超短脉冲光纤激光器100产生的种子光进行分束的光学器件，本实施例可以通过分束器200接收超短脉冲光纤激光器100输出的用于激发相干拉曼散射信号的种子光，并通过该分束器200将接收的种子光按照一定的能量比分束至泵浦支路和至少两路斯托克斯支路进行传输。其中，超短脉冲光纤激光器100可以使用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质，这些稀土元素可以包括钕、铒、镱、钬或铥等，光纤脉冲激光光源可以由固体脉冲激光振荡器替代，其脉冲重复频率范围包括1kHz至100MHz。

第一光学组件300可以设于泵浦支路上，主要用于将分束至泵浦支路的种子光转化为泵浦光，并将转化好的泵浦光输出到第一合束器。

第二光学组件400可以设于各路斯托克斯支路上，主要用于将各路斯托克斯支路的种子光转化成为波长互不相同的斯托克斯光。以两路斯托克斯支路为例进行说明，第二光学组件400可以将其中一路斯托克斯支路的种子光的频率转化为第一频率，而将另一路的种子光的频率转化为与第一频率不同的第二频率，在多路斯托克斯支路的情况下，可以将各路种子光转化为频率互不相同的斯托克斯光，形成多通道的不同频率的斯托克斯光。

光强调制器500主要用于对斯托克斯光的光强进行调制，该光强调制器500 能够对不同波长的光进行独立调制，本实施例光强调制器500可以将各个斯托克斯支路输出的不同频率的斯托克斯光的光强分别调制，使其以光强强弱交错的形式输出到第一合束器中。以双通道斯托克斯光为例进行说明，参考图2，图 2为一个实施例中双通道斯托克斯光的调制原理示意图，由于两通道的斯托克斯光的频率互不相同，所以光强调制器可以以第一调制频率调制其中一个通道的斯托克斯光，而以与第一调制频率不同的第二调制频率对另一个通道的斯托克斯光进行调制，使得两个通道输出的斯托克斯光的光强在时间轴上彼此错开输出至第一合束器与泵浦支路输出的泵浦光相干，输出光强交错变化的相干光至后续样品中，以避免高功率激光集中在同一时刻输入到后续激发拉曼散射的样品时引起样品的损坏和非线性饱和而导致相干拉曼散射信号的质量下降。可选的，光强调制器500可以采用声光可调谐滤波器或声光/电光调制器，调制频率范围可以包括1kHz至100MHz。

第一合束器600主要用于将泵浦支路输出的泵浦光以及各个经过光强调制后的斯托克斯光进行合束，产生用于激发拉曼散射信号的相干光，由于该相干光中不同频率的斯托克斯光的光强是交错变化的，所以利用第一合束器600输出的相干光激发样品的受激拉曼散射信号能够避免高功率激光对样品的损坏和非线性信号的饱和，提高了相干拉曼散射信号的质量。其中，第一合束器600 可以包括二向色反射镜、激光分束镜或偏振分束镜等。

上述多通道相干拉曼散射光学系统，超短脉冲光纤激光器将产生的种子光通过分束器分为泵浦支路和至少两路斯托克斯支路，第一光学组件将泵浦支路上的种子光转化为泵浦光，第二光学组件将各个所述斯托克斯支路上的种子光转化为波长互不相同的斯托克斯光，光强调制器对该斯托克斯光的光强进行调制，使之以光强强弱交错的形式输出至第一合束器进行合束，从而使得合束后的光强强弱交错的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，有利于提高光学成像的成像效率，还能够避免多束高峰值功率斯托克斯光同时激发样品时引起的非线性光学饱和，提高相干拉曼散射信号的质量，而且采用超短脉冲光纤激光器作为相干拉曼散射信号的种子光源，还使得光学系统更为紧凑，结构更加简单，降低了成本降低，提高了光学系统的稳定性。

在一个实施例中，还可以包括设于第二光学组件400与光强调制器500之间的第二合束器700。

本实施例中，第二合束器700主要用于接收各路斯托克斯之路输出的斯托克斯光，将波长互不相同的各路斯托克斯光进行合束，并把合束的各路斯托克斯光输出到光强调制器500进行光强调制。本实施例将合束的波长互不相同的各路斯托克斯光输出到光强调制器500进行光强调制能够节省光强调制器500 的数量，同样能够达到对不同波长的斯托克斯光进行调制的效果，还使得光路更加紧凑，节约光学系统的布局空间。

在一个实施例中，还可以包括设于光强调制器500与第一合束器600之间的第三合束器。

本实施例中，光强调制器500的数量可以是多个，各个光强调制器500分别设于各个斯托克斯支路上，以分别对各路斯托克斯支路上的斯托克斯光进行独立调制。第三合束器主要用于将各路斯托克斯支路上的光强调制器500输出的波长互不相同的斯托克斯光进行合束，再将合束后的斯托克斯光输出到第一合束器600。

本实施例的技术方案主要是在各个斯托克斯支路上分别设置光强调制器 500，以实现对各路斯托克斯支路的斯托克斯光进行独立调制，再利用第三合束器将调制好的各路斯托克斯光进行合束输出，由于采用了多个光强调制器进行调制，所以这种方式能够更加精准地对各路斯托克斯光的光强进行调制。

在一个实施例中，第一光学组件可以包括设于泵浦支路上的倍频模块310。

本实施例中，倍频模块310是指对光的频率进行倍频处理的光学元件，主要用于将分束器分束至泵浦支路的种子光进行倍频输出为用于激发拉曼散射信号的泵浦光。可选的，倍频模块310可以包括聚焦光学元件311，倍频晶体312 和光学滤波片313，倍频晶体312设于聚焦光学元件311的焦点处，聚焦光学元件311主要用于将种子光聚焦至倍频晶体312，以使该倍频晶体312将聚焦的种子光进行倍频输出。其中，聚焦光学元件311可以包括两面分别设于倍频晶体312两侧的会聚透镜或者两面凹面镜，倍频晶体312可以包括硼酸钡晶体、三硼酸锂晶体、周期极化超晶格钽酸锂晶体、周期极化掺氧化镁铌酸锂晶体或周期性极化铌酸锂晶体。

本实施例主要是考虑到种子光的频率通常会受到激光光源100种类的限制而不能覆盖到泵浦光所需要的频率，本实施例的技术方案能够更方便灵活地将种子光波长转化为需要的泵浦光波长。

在一个实施例中，进一步的，第一光学组件300还可以包括设于分束器200 与倍频模块310之间的调谐模块320。

其中，调谐模块320是指对种子光的频率进行调整的光学元件，主要用于将分束器200分束至泵浦支路的种子光进行调谐，并将调谐后的种子光输出至倍频模块310，可选的，调谐模块320可以使用光学参量振荡器或者光学参量放大器。

一般情况下，仅采用倍频模块310对种子光进行还不能得到泵浦光的频率，这是因为激光光源100输出的种子光频率是比较单一的，所以即使经过倍频模块得到的泵浦光的频率也单一的频率，在需要对泵浦光频率进行调整的应用场景下，单一的种子光频率往往难以满足需求。本实施例采用调谐模块320先对种子光的频率进行调整，再利用倍频模块310进行倍频处理得到泵浦光，使得在需要对泵浦光频率进行调整时，只需要调整调谐模块320即可通过倍频模块 310快速获得相应频率的泵浦光，进一步提高了该光学装置的灵活性。

在一个实施例中，可选的，调谐模块320可以依次包括光子晶体光纤321 和第一窄带滤光片322。

其中，光子晶体光纤321主要用于将分束器分束至泵浦支路的种子光进行频谱展宽，产生如500纳米至1700纳米的超连续白光，并通过第一窄带滤光片322选择特定频率的种子光输出至倍频模块310。

本实施例进一步采用了光子晶体光纤321对种子光进行频率扩展处理，使其产生超连续白光，在超连续白光产生后，能够通过第一窄带滤光片从超连续白光的频谱中提取出特定频率的种子光。在需要对泵浦光频率进行调整时，只需要调整第一窄带滤光片322选择特定频率的光，即可通过倍频模块310快速获得相应频率的泵浦光，更进一步地提高了该光学装置的灵活性。

在一个实施例中，进一步地，第一组件300还可以包括第一光纤放大器330 和第一光束准直器340。

其中，第一光纤放大器330和第一光束准直器340依次设于第一窄带滤光片322与倍频模块310之间，第一光纤放大器330主要用于将第一窄带滤光片 322滤出的指定频率的种子光进行功率放大，输出至第一光束准直器340，再由第一光束准直器340将该功率放大的种子光进行准直，将准直后的种子光由倍频模块310进行倍频，倍频光可以作为产生相干拉曼散射信号的泵浦光。可选的，第一光纤放大器330可以采用掺杂钕、铒、镱、钬或铥等稀土元素作为该放大器的增益介质。

本实施例，可以将种子光进行放大准直，一方面提高泵浦光的能量，另一方面还可以使得功率放大的种子光准直输入到倍频模块310，确保倍频模块310 能够更有效地对种子光进行倍频产生高质量的泵浦光。

在一个实施例中，第二光学组件400可以依次包括第二窄带滤光片410、第二光纤放大器420、第二光束准直器430和光程调整机构440。

需要说明的是，第二光学组件400可以设于各个斯托克斯支路上，本实施例主要以其中一条斯托克斯支路对第二光学组件400进行说明。其中，第二窄带滤光片410主要用于选择各个斯托克斯支路的斯托克斯光的波长，可以用于从分束器分束至泵浦支路上的种子光中滤出指定频率的斯托克斯光，并输出到第二光纤放大器420，使用第二光纤放大器420对斯托克斯光进行功率放大，并输出到第二光束准直器430，该第二光束准直器430可以用于将放大的斯托克斯光进行准直，并将准直后的斯托克斯光输出到光程调整机构440当中，用于对准直的斯托克斯光的光程进行精确调整，以使各个斯托克斯支路的斯托克斯光的光程与泵浦支路上的泵浦光的光程一致，其中，光程调整机构440可以包括线性平移台441和回射器442，该回射器442可以使用垂直放置的反射镜、中空回射器、屋脊棱镜、后向反射棱镜或直角棱镜等元件实现。

本实施例提供的技术方案能够分别对每一路斯托克斯光进行滤波、放大、准直以及调整光程，从而使获得的斯托克斯光更强，成像信噪比更高，并且可实现多通道的相干拉曼散射成像。

在一个实施例中，提供了一种相干拉曼散射显微成像系统，参考图1，图1 为一个实施例中多通道相干拉曼散射光学系统和成像系统的结构示意图，该相干拉曼散射显微成像系统可以包括依次布置的如上任一项实施例所述的多通道相干拉曼散射光学系统10、激光振镜120、显微镜130和光信号探测设备140。

本实施例中，多通道相干拉曼散射光学系统10，可以将产生的用于激发相干拉曼散射信号的泵浦光以及至少两束斯托克斯光进行合束，并传输至激光振镜120，经由激光振镜扫描系统进入显微镜130主体。其中，超短脉冲光纤激光器100可以用于产生多通道相干拉曼散射成像的多路斯托克斯光和泵浦光的种子光，在超短脉冲光纤激光器100和分束器200之间还可以设有光隔离器110，主要用于消除后向反射光对光纤激光器100等光纤脉冲激光光源的有害影响。

激光振镜120，用于将多通道相干拉曼散射光学系统10合束输出的泵浦光和斯托克斯光输入到显微镜130中，以使在显微镜130的样品处产生相干拉曼散射信号。具体来说，激光振镜120使得泵浦光和斯托克斯光在显微镜130的物镜焦平面共焦，使得样品处激发出相干拉曼散射非线性光学信号。其中，显微镜130可以为落射光显微镜或者透射光显微镜，也可以为商用显微镜或者自制显微镜，显微镜130配备的物镜的放大倍数的范围包括10倍至100倍，数值孔径的范围包括0.1至1.49。

光信号探测设备140是对光信号进行采集和处理的设备，主要用于探测相干拉曼散射信号并对该相干拉曼散射信号进行成像，该光信号探测设备140可以通过聚光镜收集样品处激发的相干拉曼散射非线性光学信号。

本实施例采用超短脉冲光纤激光器作为相干拉曼散射的激发源使系统结构更紧凑，稳定性更高，并且极大降低了光源的成本，采用多束斯托克斯光的分别调制，可实现双通道或者更多通道同步的相干拉曼散射显微成像，免于使用探测器阵列，且避免了非线性光学信号的饱和，极大提升系统的工作效率。

可选的，光信号探测设备140可以依次包括滤光片141、光电探测器142和信号处理器143。其中，滤光片141可以用于滤除相干拉曼散射信号的杂光，并将滤除杂光后的相干拉曼散射信号输出至光电探测器142；光电探测器143可以用于将相干拉曼散射信号转化为相应的电信号，并将相应的电信号输出至信号处理器，该信号处理器用于将电信号进行成像处理，对于受激拉曼散射显微成像，信号处理器可以分别对两种调制频率的信号进行锁相放大，从而提取出不同频率的非线性光学信号，从而实现多通道同步的相干拉曼成像。同理可适用于相干反斯托克斯拉曼散射成像及拉曼诱导克尔效应。

对于受激拉曼散射信号，光电探测器可以采用光学偏压探测器、光电二极管探测器或者探测器阵列，在光电探测器之前放置滤光片将受调制的斯托克斯光滤除，再采用锁相放大器、数据采集卡或者平均器提取出受激拉曼散射信号。而对于拉曼诱导克尔效应信号，可以采用同样的探测模式，在探测器之前增加放置一个检偏器。

对于相干反斯托克斯拉曼散射信号，光学探测器可以采用高灵敏度探测器，例如光电倍增管、单光子计数倍增管、单光子计数雪崩二极管探测器、电荷耦合器件、或者电子增强电荷耦合器件等，在探测器之前放置短通滤光片将斯托克斯光和泵浦光都滤除，然后采用锁相放大器、数据采集卡或者光子计数器等电路测量相干反斯托克斯拉曼信号。

上述多通道相干拉曼散射显微成像系统，可以应用于免标记生物成像和分子检测，如组织切片样本成像、细胞成像、人体动态成像等；其中，分束器可以接收光纤激光器产生的种子光并将其分束至泵浦支路和至少两路斯托克斯支路中进行传输，第一光学组件将泵浦支路上传输的种子光转化为用于产生相干拉曼散射信号的泵浦光，第二光学组件将各个斯托克斯支路上传输的种子光转化为频率互不相同的斯托克斯光，光强调制器对该斯托克斯光的光强进行调制，使之以光强强弱交错的形式输出至第一合束器进行合束，从而使得合束后的光强强弱交错的各路斯托克斯光与泵浦光可以通过激光振镜聚焦在显微镜的样品处激发样品多种特定分子的振动模式对应的相干拉曼散射信号，使用一个单通道光电探测器取代价格昂贵的高灵敏度探测器阵列实现双通道或多通道相干拉曼散射的同步显微成像，提高系统的成像效率，还能够避免多束高峰值功率斯托克斯光同时激发样品时引起的非线性光学饱和，提高相干拉曼散射信号的质量，而且采用超短脉冲光纤激光器作为相干拉曼散射信号的种子光源，使得光学系统更为紧凑，结构更加简单，降低了成本降低，提高了光学系统的稳定性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种多通道相干拉曼散射光学系统，其特征在于，包括：用于产生种子光的超短脉冲光纤激光器(100)、分束器(200)、第一光学组件(300)、第二光学组件(400)、光强调制器(500)和第一合束器(600)；其中，

所述分束器(200)，将所述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(300)设于所述泵浦支路上，将该泵浦支路上的所述种子光转化为泵浦光，并传输至所述第一合束器(600)；

所述第二光学组件(400)设于各个所述斯托克斯支路上，将各个所述斯托克斯支路上的种子光转化为波长互不相同的斯托克斯光，并传输至所述光强调制器(500)；

所述光强调制器(500)，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传输至所述第一合束器(600)；

所述第一合束器(600)，用于将所述泵浦光和各个斯托克斯光进行合束。

2.根据权利要求1所述的多通道相干拉曼散射光学系统，其特征在于，还包括设于所述第二光学组件(400)与光强调制器(500)之间的第二合束器(700)；其中，

所述第二合束器(700)，将波长互不相同的各个所述斯托克斯光进行合束，并传输至所述光强调制器(500)。

3.根据权利要求1所述的多通道相干拉曼散射光学系统，其特征在于，还包括设于所述光强调制器(500)与第一合束器(600)之间的第三合束器；其中，所述光强调制器(500)的数量为多个，分别设于各个所述斯托克斯支路上；

所述第三合束器，将各个所述光强调制器(500)输出的斯托克斯光进行合束，并传输至第一合束器(600)。

4.根据权利要求1所述的多通道相干拉曼散射光学系统，其特征在于，所述第一光学组件(300)包括倍频模块(310)；其中，

所述倍频模块(310)，将所述种子光倍频为所述泵浦光并传输至所述第一合束器(600)。

5.根据权利要求4所述的多通道相干拉曼散射光学系统，其特征在于，所述第一光学组件(300)还包括设于所述分束器(200)与倍频模块(310)之间的调谐模块(320)；其中，

所述调谐模块(320)，将所述分束器(200)分束至泵浦支路的种子光进行调谐并传输至所述倍频模块(310)。

6.根据权利要求5所述的多通道相干拉曼散射光学系统，其特征在于，所述调谐模块(320)依次包括光子晶体光纤(321)和第一窄带滤光片(322)；其中，

所述光子晶体光纤(321)，将泵浦支路上的所述种子光进行频率扩展，并传输至所述第一窄带滤光片(322)；

所述第一窄带滤光片(322)，用于从频率扩展后的所述种子光中滤出指定频率的种子光，并传输至所述倍频模块(310)。

7.根据权利要求6所述的多通道相干拉曼散射光学系统，其特征在于，所述第一光学组件(300)还包括第一光纤放大器(330)和第一光束准直器(340)；其中，

所述第一光纤放大器(330)和第一光束准直器(340)依次设于所述第一窄带滤光片(322)与倍频模块(310)之间；

所述第一光纤放大器(330)，将所述第一窄带滤光片(322)滤出的指定频率的所述种子光进行放大，并传输至所述第一光束准直器(340)；

所述第一光束准直器(340)，将放大后的所述种子光进行准直，并传输至所述倍频模块(310)。

8.根据权利要求1所述的多通道相干拉曼散射光学系统，其特征在于，所述第二光学组件(400)依次包括第二窄带滤光片(410)、第二光纤放大器(420)、第二光束准直器(430)和光程调整机构(440)；其中，

所述第二窄带滤光片(410)，从所述分束器(200)分束至泵浦支路上的所述种子光中滤出指定频率的斯托克斯光，并传输至所述第二光纤放大器(420)；

所述第二光纤放大器(420)，将所述斯托克斯光进行放大，并传输至所述第二光束准直器(430)；

所述第二光束准直器(430)，将放大的所述斯托克斯光进行准直，并传输至所述光程调整机构(440)；

所述光程调整机构(440)，对所述准直的斯托克斯光的光程进行调整，以使所述各个所述斯托克斯支路的斯托克斯光的光程与所述泵浦支路上的泵浦光的光程一致。

9.一种多通道相干拉曼散射显微成像系统，其特征在于，包括依次布置的如权利要求1至8任一项所述的多通道相干拉曼散射光学系统(10)、激光振镜(120)、显微镜(130)和光信号探测设备(140)；其中，

所述多通道相干拉曼散射光学系统(10)，将产生的用于激发相干拉曼散射信号的泵浦光以及至少两束斯托克斯光进行合束，并传输至所述激光振镜(120)；

所述激光振镜(120)，将合束的所述泵浦光和斯托克斯光输入到所述显微镜(130)当中，以使在所述显微镜(130)的样品处激发出相干拉曼散射信号；

所述光信号探测设备(140)，用于探测所述相干拉曼散射信号并对该相干拉曼散射信号进行成像。

10.根据权利要求9所述的多通道相干拉曼散射显微成像系统，其特征在于，所述光信号探测设备(140)依次包括滤光片(141)、光电探测器(142)和信号处理器(143)；其中，

所述滤光片(141)，滤除所述相干拉曼散射信号的杂光，并将滤除杂光后的所述相干拉曼散射信号传输至所述光电探测器(142)；

所述光电探测器(142)，将所述相干拉曼散射信号转化为相应的电信号，并输出至所述信号处理器(143)；

所述信号处理器(143)，用于将所述电信号进行成像处理。