【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于拉曼散射显微成像，特别涉及一种cars光谱测量与显微成像装置及方法。
技术介绍
1、相干反斯托克斯拉曼散射(cars)是一个由泵浦光、斯托克斯光、反斯托克斯光以及样品分子相互作用的一个四波混频(four wave mixing，fwm)的光学过程，属于一种基于三阶非线性拉曼散射的非线性光学效应，其信号强度相比自发拉曼散射(sprs)高5-6个数量级，在生物医学领域，尤其在活细胞成像得到广泛应用。
2、cars装置一般采用多光束或多光源方案，以满足泵浦光子、斯托克斯光子以及探测光子的频率成分要求，并要求所有激发光束必须在空间上重合；为了简化传统的cars装置，已有研究人员使用陷波滤波片实现单光束cars；但相比传统的多光束cars，由于引入陷波滤波片，导致cars装置的分辨率较低、结构复杂且设备价格昂贵；其次，由于传统的cars装置通常配置有振镜扫描仪，而振镜扫描仪的调制速度有限，导致像素成像速度往往限制在毫秒级。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供了一种cars光谱测量与显微成像装置及方法，以解决现有引入陷波滤波片的cars装置的分辨率较低、结构复杂且价格昂贵的技术问题。
2、为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、本专利技术提供了一种cars光谱测量与显微成像装置，包括飞秒脉冲激光器，所述飞秒脉冲激光器产生的激光脉冲依次经二向色镜、光栅、曲面镜、针尖第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、超陡长通
4、散射信号经所述待测样品的透射部分依次经聚光镜、超陡短通滤波片后，再经第一分束镜分两路；其中一路经透镜进入到第一光谱仪，用于cars光谱测量；另一路经陷波滤波片、光电倍增管进入到锁相放大器，用于cars显微成像；
5、其中，所述针尖设置在一维平移台上，用于激光光谱的缺口整形。
6、进一步的，所述针尖采用钢制针尖结构；其中，所述针尖的直径为0.1-0.5mm，长度为1-20mm。
7、进一步的，还包括第二分束镜及第二光谱仪；
8、所述第二分束镜设置所述第三反射镜与所述超陡长通滤波片之间，所述第二光谱仪设置在所述第二分束镜的侧边；
9、其中，第三反射镜的反射光路经所述第二分束镜后形成反射光路和透射光路，第二分束镜形成的反射光路进入所述第二光谱仪，第二分束镜形成的透射光路入射所述超陡长通滤波片。
10、进一步的，还包括第三分束镜及第三光谱仪；
11、所述第三分束镜设置在所述超陡长通滤波片与所述共振-振镜扫描仪之间，所述第三光谱仪设置在所述第三分束镜的侧边；
12、其中，所述超陡长通滤波片的透射光经第三分束镜后形成反射光路和透射光路，第三分束镜形成的反射光路进入所述第三光谱仪，第三分束镜形成的透射光路入射所述共振-振镜扫描仪。
13、进一步的，所述光栅的闪耀波长为750nm；其中，每毫米设置有1200刻痕。
14、本专利技术还提供了一种cars光谱测量与显微成像方法，利用所述的cars光谱测量与显微成像装置，所述cars光谱测量与显微成像方法包括cars光谱测量步骤；
15、其中，所述cars光谱测量步骤，具体如下：
16、粗调物镜的焦点使激光聚焦于待测样品上，直至第一光谱仪中观察到原始cars信号；调节第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜及聚光镜的位置，以使第一光谱仪中测量的cars光谱强度最大；
17、调节曲面镜与光栅的相对位置，以使待测样品上激光的色散被补偿，直至原始cars信号不再增大为止；
18、观察第一光谱仪中测量的cars光谱强度，调节第一分束镜的位置，以使原始cars信号不再增大为止；
19、调节第一光谱仪的光纤角度，以原始cars信号不再增大为止；
20、调节针尖至不同位置，以产生两种不同波长大小的缺口，并利用第一光谱仪分别记录两种不同波长大小的缺口下的原始cars光谱数据；根据两种不同波长大小的缺口下的原始cars光谱数据，获得待测样品的cars光谱测量结果。
21、进一步的，所述光栅安装在一维精密平移台上；
22、其中，调节曲面镜与光栅的相对位置的过程，具体为：
23、调节所述一维精密平移台，以改变光栅的位置，进而实现调节曲面镜与光栅的相对位置。
24、进一步的，调节针尖至不同位置，以产生两种不同波长大小的缺口，并利用第一光谱仪分别记录两种不同波长大小的缺口下的原始cars光谱数据的过程，具体如下：
25、调节超陡长通滤波片的角度，以调节超陡长通滤波片的截断边沿波长至预设的边沿波长；
26、利用一维平移台调节针尖的位置，至针尖产生缺口的波长为预设的第一缺口波长；利用第一光谱仪记录原始cars光谱数据，得到第一波长缺口下的原始cars光谱数据i1；
27、再次利用一维平移台调节针尖的位置，至针尖产生缺口的波长为预设的第二缺口波长；利用第一光谱仪记录原始cars光谱数据，得到第二波长缺口下的原始cars光谱数据i2。
28、进一步的，所述预设的边沿波长为779nm，所述预设的第一缺口波长为779.6nm，所述预设的第二缺口波长为779.9nm。
29、进一步的，所述cars光谱测量与显微成像方法还包括显微成像步骤；
30、其中，所述显微成像步骤，具体如下：
31、选择陷波滤波片的反射波长，确定待测样品的特征振动模式；调节光电倍增管的位置，以使光电倍增管输出的电信号的电压值或电流值最大；
32、调节共振-振镜扫描仪的参数，观察锁相放大器输出的信号的幅度和相位变换，并记录光电倍增管输出的电信号；
33、对所述光电倍增管输出的电信号进行处理，获得待测样品的cars显微成像结果。
34、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
35、本专利技术提供了一种cars光谱测量与显微成像装置及方法，通过在曲面镜与反射镜之间设置的针尖替代由石英玻璃精密镀膜实现的陷波滤波片，利用曲面镜在空间展开飞秒脉冲激光器产生的激光脉冲，并通过针尖的遮挡作用产生激光光谱缺口标记，实现激光光谱的缺口整形效果，有效提升了装置的光谱分辨率；其次，能够降低激光在产生缺口时损耗的功率，大大降低了装置的能耗；针尖结构简单，制作成本低，无需配置精密旋转台进行使用，有效降低了装置的结构复杂度；另外，利用共振-振镜扫描仪替代传统的振镜扫描仪，能够有效提高成像速度，满足生物医学领域的快速成像要求。
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1.一种CARS光谱测量与显微成像装置，其特征在于，包括飞秒脉冲激光器(1)，所述飞秒脉冲激光器(1)产生的激光脉冲依次经二向色镜(2)、光栅(3)、曲面镜(4)、针尖(5)、第一反射镜(6)、第二反射镜(7)、第三反射镜(8)、超陡长通滤波片(9)、共振-振镜扫描仪(10)和物镜(11)后照射在放置于二维精密平移台上的待测样品(12)上，并形成散射信号；
2.根据权利要求1所述的一种CARS光谱测量与显微成像装置，其特征在于，所述针尖(5)采用钢制针尖结构；其中，所述针尖(5)的直径为0.1-0.5mm，长度为1-20mm。
3.根据权利要求1所述的一种CARS光谱测量与显微成像装置，其特征在于，还包括第二分束镜(22)及第二光谱仪(23)；
4.根据权利要求1所述的一种CARS光谱测量与显微成像装置，其特征在于，还包括第三分束镜(24)及第三光谱仪(25)；
5.根据权利要求1所述的一种CARS光谱测量与显微成像装置，其特征在于，所述光栅(3)的闪耀波长为750nm；其中，每毫米设置有1200刻痕。
6.一种CARS
7.根据权利要求6所述的一种CARS光谱测量与显微成像方法，其特征在于，所述光栅(3)安装在一维精密平移台上；
8.根据权利要求6所述的一种CARS光谱测量与显微成像方法，其特征在于，调节针尖(5)至不同位置，以产生两种不同波长大小的缺口，并利用第一光谱仪(17)分别记录两种不同波长大小的缺口下的原始CARS光谱数据的过程，具体如下：
9.根据权利要求8所述的一种CARS光谱测量与显微成像方法，其特征在于，所述预设的边沿波长为779nm，所述预设的第一缺口波长为779.6nm，所述预设的第二缺口波长为779.9nm。
10.根据权利要求6所述的一种CARS光谱测量与显微成像方法，其特征在于，所述CARS光谱测量与显微成像方法还包括显微成像步骤；
...【技术特征摘要】
1.一种cars光谱测量与显微成像装置，其特征在于，包括飞秒脉冲激光器(1)，所述飞秒脉冲激光器(1)产生的激光脉冲依次经二向色镜(2)、光栅(3)、曲面镜(4)、针尖(5)、第一反射镜(6)、第二反射镜(7)、第三反射镜(8)、超陡长通滤波片(9)、共振-振镜扫描仪(10)和物镜(11)后照射在放置于二维精密平移台上的待测样品(12)上，并形成散射信号；
2.根据权利要求1所述的一种cars光谱测量与显微成像装置，其特征在于，所述针尖(5)采用钢制针尖结构；其中，所述针尖(5)的直径为0.1-0.5mm，长度为1-20mm。
3.根据权利要求1所述的一种cars光谱测量与显微成像装置，其特征在于，还包括第二分束镜(22)及第二光谱仪(23)；
4.根据权利要求1所述的一种cars光谱测量与显微成像装置，其特征在于，还包括第三分束镜(24)及第三光谱仪(25)；
5.根据权利要求1所述的一种cars光谱测量与显微成像装置，其特征在于，所述光栅(3)的闪耀波长为750nm...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏文斌，杨誉乐，李鑫豫，张雨航，杜宇杰，范婧雅，丁云鹏，郭春来，杨玉鑫，姬超燃，边承波，李子晗，樊微，胡夏玉，巩倩倩，李刚，杨挺，刘孝丽，李海雄，张正，张凯煜，孙利鹏，李强，亢福仁，任立庆，
申请(专利权)人：榆林学院，
类型：发明
国别省市：
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