【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤光学及相干拉曼光谱检测领域，特别是涉及一种光纤光镊cars显微光谱测量系统及方法。
技术介绍
1、相干反斯托克斯拉曼散射(coherent anti-stokes raman scattering，cars)显微光谱测量技术具有无需荧光标记、高探测灵敏度以及特有的化学选择性检测能力在生命科学领域具有广泛应用。cars信号的产生需要两束光频率差等于待测微粒分子振动频率的脉冲光同时入射至待测微粒的同一位置处，从而实现cars信号的共振激发。而目前对于生物粒子的检测主要是在液体环境下进行，生物粒子在液体环境中由于做布朗运动其位置会不断改变，对于其进行长时间的稳定的cars显微光谱测量几乎是不可能的。光镊技术的发展使得用激光无接触的固定和操控三维空间中的微粒成为可能。激光光束经过强聚焦后于待测微粒处形成强的梯度力光阱，可以抑制液体环境中待测微粒的布朗运动从而实现待测微粒的稳定固定。传统光镊技术与拉曼散射技术结合中均采用空间光路，光路系统复杂繁琐且稳定度低。。
技术实现思路
1、为克服现有技术的不足，本专利技术旨在提出了一种基于复合多芯光纤的光纤光镊cars显微光谱测量系统及方法，结合创新的复合多芯光纤结构设计，构建相关系统以实现对待测样品中微小粒子的实时原位捕捉和进行cars信号测量。
2、第一方面，本专利技术提供一种基于复合多芯光纤的光纤光镊cars显微光谱测量系统，至少包括光镊cars激光源1、光源合束单元、复合多芯光纤耦合单元6、复合多芯光纤7、复合多芯
3、在一些实施方式中，所述光源合束单元进一步包括第一反射镜2、第一二向色镜3、第二二向色镜4和第二反射镜5，所述泵浦超快脉冲光21经所述第一反射镜2反射后在所述第一长通二向色镜3处与所述斯托克斯超快脉冲光22合束，所述捕获超快脉冲光23经所述第二反射镜5反射后在所述第二长通二向色镜4处与所述泵浦超快脉冲光21和所述斯托克斯超快脉冲光22合束。
4、在一些实施方式中，所述泵浦超快脉冲光21具备光波长连续调谐和脉冲时延调节能力，脉冲宽度100～10000fs，中心波长800～1015nm，重复频率40～80mhz；
5、在一些实施方式中，所述斯托克斯超快脉冲光22具备光波长连续调谐和脉冲时延调节能力，脉冲宽度100～10000fs，中心波长1015～1070nm，重复频率40～80mhz；
6、在一些实施方式中，所述捕获超快脉冲光23光波长固定，脉冲宽度100～1000fs，中心波长780nm，重复频率40～80mhz；
7、在一些实施方式中，所述第一长通二向色镜3使光波长大于其截止光波长的光透射，使光波长小于其截止光波长的光反射，其截止光波长为大于或等于所述斯托克斯超快脉冲光22的波长调谐下限，从而透射斯托克斯超快脉冲光22，反射所述泵浦超快脉冲光21；
8、在一些实施方式中，所述第二长通二向色镜4使光波长大于其截止光波长的光透射，使光波长小于其截止光波长的光反射，其截止光波长大于或等于所述泵浦超快脉冲光21的波长调谐下限，从而透射斯托克斯超快脉冲光22和泵浦超快脉冲光21，反射捕获超快脉冲光23。
9、第二方面，本专利技术提供一种基于复合多芯光纤的光纤光镊cars显微光谱测量方法，其特征在于，包括：
10、步骤1：利用光纤光镊cars激光源1输出偏振态相同、重复频率相同且脉冲延时可调的泵浦超快脉冲光21、斯托克斯超快脉冲光22和捕获超快脉冲光23，其中斯托克斯超快脉冲光21和泵浦超快脉冲光22的波长连续调谐，两束光波长的波数差匹配分子振动频率后激发出cars信号；
11、步骤2：利用泵浦超快脉冲光21经第一反射镜2反射后在第一长通二向色镜3处与斯托克斯超快脉冲光22合束，捕获超快脉冲光23经第二反射镜5反射后在第二长通二向色镜4处与泵浦超快脉冲光21和斯托克斯超快脉冲光22合束；
12、步骤3：将光源合束后的光束经过复合多芯光纤耦合单元6耦合进入复合多芯光纤7，其中泵浦超快脉冲光21与斯托克斯超快脉冲光22被耦合进入复合多芯光纤7的中心空气纤芯34，捕获超快脉冲光23被耦合进入复合多芯光纤的实心纤芯35；
13、步骤4：将捕获超快脉冲光23经复合多芯光纤会聚单元8会聚形成梯度力光阱实现待测微粒的捕获；
14、步骤5：将泵浦超快脉冲光21与斯托克斯超快脉冲光22经复合多芯光纤会聚单元8会聚到待测微粒9，两脉冲空间重叠；调节光镊cars激光源1使输出的泵浦超快脉冲光21和斯托克斯超快脉冲光22的脉冲时间重叠，激发出cars信号光；
15、步骤6：cars信号光经过滤光片10后滤除杂散光，被信号采集与处理系统11采集和处理。
16、第三方面，本专利技术提供一种复合多芯光纤结构，所述复合多芯光纤7采用由多纤芯结构和空心反谐振结构的复合光纤结构，其光纤结构由外到内分别为涂覆层31、外包层32、包层管33、空气纤芯34，四个实心纤芯35分布于外包层32中。
17、与现有技术相比，本专利技术创新性地提出复合多芯光纤作为cars的两束探测光和捕获脉冲光的传输器件，所述复合多芯光纤7采用由多纤芯结构和空心反谐振结构的复合光纤结构设计，其光纤结构由外到内分别为涂覆层31、外包层32、包层管33、空气纤芯34，四个实心纤芯35分布于外包层32中，用于传输所述捕获超快脉冲光23，位于中心的空气纤芯34用于传输所述泵浦超快脉冲光21和所述斯托克斯超快脉冲光22，消除实心光纤带来的四波混频背景噪声和脉冲走离影响；同步实现待测微粒的光镊捕获和cars信号激发探测，通过结合光纤光镊和光纤非线性光谱技术，极大简化了仪器结构和提高系统集成度，降低了系统成本；显著增强了探测对象的操控能力和探测稳定性，能实现对三本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于复合多芯光纤的光纤光镊CARS显微光谱测量系统，其特征在于，至少包括光镊CARS激光源(1)、光源合束单元、复合多芯光纤耦合单元(6)、复合多芯光纤(7)、复合多芯光纤会聚单元(8)以及信号采集与处理单元(11)；其中：所述光纤光镊CARS激光源(1)输出偏振态相同、重复频率相同、脉冲延时可调的泵浦超快脉冲光(21)、斯托克斯超快脉冲光(22)和捕获超快脉冲光(23)至所述光源合束单元；由所述光源合束单元合束后的光束经过所述复合多芯光纤耦合单元(6)耦合进入所述复合多芯光纤(7)，其中所述泵浦超快脉冲光(21)与所述斯托克斯超快脉冲光(22)被耦合进入所述复合多芯光纤(7)中心空气纤芯，所述复合多芯光纤(7)采用由多纤芯结构和空心反谐振结构的复合光纤结构，其光纤结构由外到内分别为涂覆层(31)、外包层(32)、包层管(33)、空气纤芯(34)，四个实心纤芯(35)分布于外包层(32)中，所述捕获超快脉冲光(23)被耦合进入所述复合多芯光纤(7)的实心纤芯(35)；所述捕获超快脉冲光(23)经所述复合多芯光纤会聚单元(8)会聚形成梯度力光阱捕获待测微粒(9)；所述泵浦超
2.根据权利要求1所述的一种基于复合多芯光纤的光纤光镊CARS显微光谱测量系统，其特征在于，所述光源合束单元进一步包括第一反射镜(2)、第一二向色镜(3)、第二二向色镜(4)和第二反射镜(5)，所述泵浦超快脉冲光(21)经所述第一反射镜(2)反射后在所述第一长通二向色镜(3)处与所述斯托克斯超快脉冲光(22)合束，所述捕获超快脉冲光(23)经所述第二反射镜(5)反射后在所述第二长通二向色镜(4)处与所述泵浦超快脉冲光(21)和所述斯托克斯超快脉冲光(22)合束。
3.根据权利要求1所述的一种基于复合多芯光纤的光纤光镊CARS显微光谱测量系统，其特征在于，所述泵浦超快脉冲光(21)具备光波长连续调谐和脉冲时延调节能力，脉冲宽度100～10000fs，中心波长800～1015nm，重复频率40～80MHz。
4.根据权利要求1所述的一种基于复合多芯光纤的光纤光镊CARS显微光谱测量系统，其特征在于，所述斯托克斯超快脉冲光(22)具备光波长连续调谐和脉冲时延调节能力，脉冲宽度100～10000fs，中心波长1015～1070nm，重复频率40～80MHz。
5.根据权利要求1所述的一种基于复合多芯光纤的光纤光镊CARS显微光谱测量系统，其特征在于，所述捕获超快脉冲光(23)光波长固定，脉冲宽度100～1000fs，中心波长780nm，重复频率40～80MHz。
6.根据权利要求2所述的一种基于复合多芯光纤的光纤光镊CARS显微光谱测量系统，其特征在于，所述第一长通二向色镜(3)使光波长大于其截止光波长的光透射，使光波长小于其截止光波长的光反射，其截止光波长为大于或等于所述斯托克斯超快脉冲光(22)的波长调谐下限，从而透射斯托克斯超快脉冲光(22)，反射所述泵浦超快脉冲光(21)。
7.根据权利要求2所述的一种基于复合多芯光纤的光纤光镊CARS显微光谱测量系统，其特征在于，所述第二长通二向色镜(4)使光波长大于其截止光波长的光透射，使光波长小于其截止光波长的光反射，其截止光波长大于或等于所述泵浦超快脉冲光(21)的波长调谐下限，从而透射斯托克斯超快脉冲光(22)和泵浦超快脉冲光(21)，反射捕获超快脉冲光(23)。
8.根据权利要求1至7任意一项权利要求所述的一种基于复合多芯光纤的光纤光镊CARS显微光谱测量系统所实现的一种基于复合多芯光纤的光纤光镊CARS显微光谱测量方法，其特征在于，包括：
9.一种复合多芯光纤结构，其特征在于，所述复合多芯光纤(7)采用由多纤芯结构和空心反谐振结构的复合光纤结构，其光纤结构由外到内分别为涂覆层(31)、外包层(32)、包层管(33)、空气纤芯(34)，四个实心纤芯(35)分布于外包层(32)中。
...【技术特征摘要】
1.一种基于复合多芯光纤的光纤光镊cars显微光谱测量系统，其特征在于，至少包括光镊cars激光源(1)、光源合束单元、复合多芯光纤耦合单元(6)、复合多芯光纤(7)、复合多芯光纤会聚单元(8)以及信号采集与处理单元(11)；其中：所述光纤光镊cars激光源(1)输出偏振态相同、重复频率相同、脉冲延时可调的泵浦超快脉冲光(21)、斯托克斯超快脉冲光(22)和捕获超快脉冲光(23)至所述光源合束单元；由所述光源合束单元合束后的光束经过所述复合多芯光纤耦合单元(6)耦合进入所述复合多芯光纤(7)，其中所述泵浦超快脉冲光(21)与所述斯托克斯超快脉冲光(22)被耦合进入所述复合多芯光纤(7)中心空气纤芯，所述复合多芯光纤(7)采用由多纤芯结构和空心反谐振结构的复合光纤结构，其光纤结构由外到内分别为涂覆层(31)、外包层(32)、包层管(33)、空气纤芯(34)，四个实心纤芯(35)分布于外包层(32)中，所述捕获超快脉冲光(23)被耦合进入所述复合多芯光纤(7)的实心纤芯(35)；所述捕获超快脉冲光(23)经所述复合多芯光纤会聚单元(8)会聚形成梯度力光阱捕获待测微粒(9)；所述泵浦超快脉冲光(21)与所述斯托克斯超快脉冲光(22)经所述复合多芯光纤会聚单元(8)会聚到所述待测微粒(9)，调节所述光纤光镊cars激光源(1)使得所述泵浦超快脉冲光(21)和所述斯托克斯超快脉冲光(22)时间重叠激发cars信号光；由所述信号采集与处理单元(11)采集和处理cars信号光。
2.根据权利要求1所述的一种基于复合多芯光纤的光纤光镊cars显微光谱测量系统，其特征在于，所述光源合束单元进一步包括第一反射镜(2)、第一二向色镜(3)、第二二向色镜(4)和第二反射镜(5)，所述泵浦超快脉冲光(21)经所述第一反射镜(2)反射后在所述第一长通二向色镜(3)处与所述斯托克斯超快脉冲光(22)合束，所述捕获超快脉冲光(23)经所述第二反射镜(5)反射后在所述第二长通二向色镜(4)处与所述泵浦超快脉冲光(21)和所述斯托克斯超快脉冲光(22)合束。
3.根据权利要求1所述的一种基于复合多芯光纤的...
【专利技术属性】
技术研发人员：江俊峰，窦进超，王双，刘琨，刘铁根，代小爽，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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