(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210833579.4 (22)申请日 2022.07.15 (71)申请人 中国科学院长春光学精密机 械与物 理研究所 地址 130033 吉林省长 春市经济技 术开发 区东南湖大路38 88号 (72)发明人 吴一辉　朱明尧　迟明波　潘科宇　 (74)专利代理 机构 长春中科长光知识产权代理 事务所(普通 合伙) 22218 专利代理师 高一明 (51)Int.Cl. G01N 21/65(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 快速光谱扫描受激拉曼散射显微成像系统 及其成像方法 (57)摘要 本发明提供一种快速光谱扫描受激拉曼散 射显微成像系统及其成像方法， 其中的系统包括 飞秒脉冲激发模块用于输出两束不同频率的且 可连续调节 光功率的宽带飞秒脉冲激光； 快速光 谱扫描模块用于实现对两束宽带飞秒脉冲激光 同步进行光谱色散并快速同步扫描， 输出两束窄 带飞秒脉冲光； 受激拉曼信号激发模块用于将两 束窄带飞秒脉冲光进行空间合束聚焦于样品并 激发受激拉曼散射信号； 受激 拉曼信号探测模块 用于将受激拉曼散射信号转换为电信号， 并进行 数据采集。 本发 明能够实现高分辨的快速受激 拉 曼光谱扫描， 所需时长远短于传统的光谱扫描技 术， 所获得的光谱分辨率可根据狭缝宽度自主控 制， 高于传统的受激拉曼光谱采集系统， 且本发 明不会损失拉曼光谱窗口。 权利要求书3页 说明书8页 附图4页 CN 115015221 A 2022.09.06 CN 115015221 A 1.一种快速光谱扫描受激拉曼散射显微成像系统， 其特 征在于， 包括： 飞秒脉冲激发模块， 用于输出两束不同频率的且可连续调节光功率的宽带飞秒脉冲激 光； 快速光谱扫描模块， 用于实现对两束宽带飞秒脉冲激光同步进行光谱色散并快速同步 扫描， 输出两束窄带飞秒脉冲光； 受激拉曼信号激发模块， 用于将两束窄带飞秒脉冲光以时间和空间 同步的方式聚焦于 样品并激发受激拉曼散射信号； 受激拉曼信号探测模块， 用于将所述受激拉曼散射信号转换为电信号， 并进行数据采 集。 2.如权利要求1所述的快速光谱扫描受激拉曼散射显微成像系统， 其特征在于， 所述飞 秒脉冲激发模块包括： 双路同步飞秒激光器， 用于发出两束不同频率的线偏振宽带飞秒脉冲激光； 其中， 将频 率高的线偏振宽带飞秒脉冲激光作为泵浦光， 将频率低的线偏振宽带飞秒脉冲激光作为斯 托克斯光； 泵浦光路功率连续调节组， 包括泵浦光路消色差零级半波片和泵浦光路格兰泰勒棱 镜， 所述泵浦光路消色差零级半波片用于对所述泵浦光进行偏振角旋转， 所述泵浦光路格 兰泰勒棱镜用于 选择性透过固定偏振方向的光分量， 而反射 其他方向的光分量； 斯托克斯光路功率连续调节 组， 包括斯托克斯光路消色差零级半波片和斯托克斯光路 格兰泰勒棱镜， 所述斯托克斯光路消色差零级半波片用于对所述斯托克斯光进行偏振角旋 转， 所述斯托克斯光路格兰泰勒棱镜用于选择性透过固定偏振方向的光分量， 而反射其他 方向的光分量。 3.如权利要求2所述的快速光谱扫描受激拉曼散射显微成像系统， 其特征在于， 所述快 速光谱扫描模块包括： 双面镀有反射膜的一维扫描振镜， 用于对所述泵浦光与 所述斯托克斯光的方向进行偏 转； 斯托克斯光路脉冲光谱整形器， 所述斯托克斯光路脉冲光谱整形器包括斯托克斯光路 消色差双胶合透镜组、 斯托克斯光路准直透镜组、 斯托克斯光路透射衍射光栅和斯托克斯 光路夹缝， 所述斯托克斯光路消色差双胶合透镜组与所述一维扫描振镜组成4f光学系统， 用于使所述一维扫描振镜扫描过程中投射到所述斯托克斯光路透射衍射光栅表面的光斑 为不动点； 所述斯托克斯光路透射衍射光栅用于对所述斯托克斯光进行空间色散， 形成空 间排布的色光组合； 所述斯托克斯光路夹缝用于选择性透过所述斯托克斯光空间色散后的 部分色光， 获得窄带斯托克斯光； 所述斯托克斯光路准直透镜组用于对所述窄带斯托克斯 光进行准 直； 泵浦光路脉冲光谱整形器， 所述泵浦光路脉冲光谱整形器包括泵浦光路消色差双胶合 透镜组、 泵浦光路准直透镜组、 泵浦 光路透射衍射光栅和泵浦 光路夹缝， 所述泵浦 光路消色 差双胶合透镜组与所述一 维扫描振镜组成4f光学系统， 用于使 所述一维扫描振镜扫描过程 中投射到所述泵浦 光路透射衍射光栅表面的光斑为不动点； 所述泵浦光路透射衍射光栅用 于将所述泵浦光进行空间色散， 形成空间排布的色光组合； 所述泵浦光路夹缝用于选择性 透过所述泵浦光空间色散后的部分色光， 获得窄带泵浦光； 所述泵浦光路准直透镜组用于权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115015221 A 2对所述窄带泵浦光进行准 直。 4.如权利要求3所述的快速光谱扫描受激拉曼散射显微成像系统， 其特征在于， 所述受 激拉曼信号激发模块包括时间延迟线、 斯托克斯光路反射镜、 汇聚透镜、 声光调制器、 声光 驱动器、 一级衍 射光准直透镜、 二向色镜、 二维扫描振镜、 显微物镜和载物台； 其中， 所述时间延迟线设置在所述一维扫描振镜与所述泵浦光路格兰泰勒棱镜之间， 用于改 变所述泵浦光与所述 斯托克斯光之间的相对光 程差； 所述斯托克斯光路反射镜用于将所述窄带斯托克斯光反射至所述斯托克斯光路汇聚 透镜； 所述汇聚透镜用于将所述窄带斯托克斯光或对所述窄带泵浦光汇聚至所述声光调制 器； 所述声光调制器用于产生超声调制信号对所述窄带斯托克斯光进行高频调制产生一 级衍射斯托克斯光或对所述 窄带泵浦光进行高频调制产生 一级衍射泵浦光； 所述声光驱动器用于驱动所述声光调制器产生所述超声调制信号； 所述一级衍射光准直透镜， 用于对所述一级衍射斯托克斯光或所述一级衍射泵浦光进 行准直； 所述二向色镜用于对所述一级衍射斯托克斯光与所述窄带泵浦光进行空间合束或对 所述一级衍射泵浦光或所述 窄带斯托克斯光进行空间合束； 所述二维扫描振镜用于对合束后的激光进行二维扫描； 所述载物台用于放置所述样品； 所述显微物镜用于将合束后的激光聚焦于所述样品上， 激发受激拉曼散射信号。 5.如权利要求4所述的快速光谱扫描受激拉曼散射显微成像系统， 其特征在于， 所述受 激拉曼信号探测模块包括油浸聚光镜、 滤光片、 光电探测 器、 信号发生器和锁相放大器； 其 中， 所述油浸聚光镜用于收集所述受激拉曼散射信号； 所述滤光片用于滤除所述一级衍射斯托克斯光保留所述窄带泵浦光， 或者滤除所述一 级衍射泵浦光保留所述 窄带斯托克斯光； 所述光电探测器用于将所述所述窄带斯托克斯光或所述窄带泵浦光转化为电信号并 传输至所述锁相放大器； 所述信号发生器用于接收所述声光驱动器发出的声光调制信号并将相同频率的参考 信号输入至所述锁相放大器； 所述锁相放大器用于接收所述电信号与 所述参考信号， 并解调得到所述受激拉曼散射 信号。 6.如权利要求4所述的快速光谱扫描受激拉曼散射显微成像系统， 其特征在于， 所述所 述飞秒脉冲激发模块还包括泵浦 光路光挡和斯托克斯光路光挡， 所述泵浦 光路光挡用于对 所述泵浦光路格兰泰勒棱镜反射的光分量进 行遮挡； 所述斯托克斯光路光挡用于对所述斯 托克斯光路格兰 泰勒棱镜反射的光分量进行遮挡； 所述受激拉曼信号激发模块还包括衍射光光挡， 所述衍射光光挡用于遮挡零级衍射光 或一级衍 射光， 所述一级衍射光为所述衍射斯托克斯光或所述 一级衍射泵浦光。 7.如权利要求3所述的快速光谱扫描受激拉曼散射显微成像系统， 其特征在于， 所述斯权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115015221 A 3