作者单位
摘要
北京大学未来技术学院,国家生物医学成像科学中心,北京 100871
相干拉曼散射(CRS)技术作为一种重要的无标记化学成像技术,通过相干激发分子协同振动对拉曼散射信号进行增益,显著地提高了成像速度,广泛应用于材料学、生物化学、肿瘤诊断、药代动力学等领域。超快脉冲激光器的出现实现了亚皮秒持续时间的脉冲输出,使得通过脉冲激发实现大量振动模式的同步相干激发成为新的CRS实现途径。从相干拉曼散射基本原理出发,介绍时域相干拉曼散射的主要实现途径,着重讨论时域受激拉曼散射(SRS)和时域相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)的最新进展与应用。
拉曼光谱技术 相干拉曼散射 受激拉曼散射 相干反斯托克斯拉曼散射 时域 频域 
激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618007
作者单位
摘要
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海 200093
2 复旦大学物理学系表面物理国家重点实验室,上海 200433
水是生物体中含量最多的一种物质,了解生物体内水的分布对于理解水的生理功能来说至关重要。相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)作为一种非侵入的成像技术,能够对生物体内的水分子进行实时且免标记的成像。因此,设计并搭建了用于水的CARS被动同步光纤激光器系统,该被动同步系统由掺铒和掺镱锁模光纤激光器构成,通过将主脉冲注入到从激光器腔内引入非对易相移,进而实现无源同步,同步失配距离达到347 μm。结合功率放大技术、倍频技术和脉冲压缩技术,双路输出平均功率分别为146 mW和2 W,脉冲宽度分别为146.0 fs和9.1 ps。使用所搭建的同步光源在3156 cm-1处对新鲜小鼠耳朵组织进行CARS成像,成像效果良好。该同步光纤光源有望推动CARS技术在快速、实时、高效病理学检测领域的应用。
光纤激光器 被动同步 非线性光学 相干反斯托克斯拉曼散射 
光学学报
2023, 43(23): 2336001
作者单位
摘要
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海 200093
相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)显微成像在快速病理学分析、药代动力学等领域展现了极大的应用潜力,然而在成像时产生的非共振背景噪声信号会影响CARS信号的探测。通过调谐波长,可实现在拉曼共振、非共振噪声共存处产生信号,也可实现在仅有非共振噪声处产生信号,两信号相消可以在一定程度上消除非共振背景噪声的影响。文章搭建了基于分离脉冲放大及晶体倍频的波长可调谐掺铒光纤激光系统,通过控制两级放大器的泵浦功率实现了779.1~784.5 nm,777.5~786.1 nm,784.5~790.5 nm的波长调谐,获得了110.8 mW,136 fs的脉冲输出。通过与掺镱激光系统被动同步,可用于CARS成像。
相干反斯托克斯拉曼散射 波长可调谐 非共振背景噪声 coherent anti-Stokes Raman scattering wavelength tunable non-resonant background 
红外与毫米波学报
2023, 42(5): 681
Author Affiliations
Abstract
1 Integrative Oncology Department – Imaging Unit, BC Cancer Research Institute, Vancouver, BC, Canada
2 Department of Dermatology and Skin Science, University of British Columbia and Vancouver Coastal Health Research Institute, Vancouver, BC, Canada
Multi-photon microscopy (MPM) and coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) are two advanced nonlinear optical imaging techniques, which provide complementary information and have great potential in combination for noninvasive in vivo biomedical applications. This paper provides a detailed discussion of the basics, development and applications of these technologies for in vivo skin research, covering the following topics: The principle and advantage of MPM and CARS, instrumentation development for in vivo applications, MPM and CARS of normal skin, application of MPM and CARS in skin cancer and disease diagnosis; application of MPM in skin disease intervention, i.e., imaging guided two-photon photothermolysis.Multi-photon microscopy (MPM) and coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) are two advanced nonlinear optical imaging techniques, which provide complementary information and have great potential in combination for noninvasive in vivo biomedical applications. This paper provides a detailed discussion of the basics, development and applications of these technologies for in vivo skin research, covering the following topics: The principle and advantage of MPM and CARS, instrumentation development for in vivo applications, MPM and CARS of normal skin, application of MPM and CARS in skin cancer and disease diagnosis; application of MPM in skin disease intervention, i.e., imaging guided two-photon photothermolysis.
Nonlinear microscopy multiphoton microscopy coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy skin skin cancer multiphoton therapy 
Journal of Innovative Optical Health Sciences
2023, 16(1): 2230018
作者单位
摘要
大连理工大学光电工程与仪器科学学院, 辽宁 大连 116000
由于塑料工业的发展, 微塑料成为一种主要的环境污染物。 它在自然界中不易降解, 对人类的生存环境及健康都存在不可忽视的潜在危险。 因此, 环境中微塑料的检测和分析, 成为了近年来研究的热点问题。 目前人们大多数采用浮选法、 密度分离法、 离心法等方法提取微塑料, 然后放在显微镜下进行目视观察, 并结合拉曼光谱分析、 傅里叶红外光谱分析、 高光谱成像等方法进行分析鉴别, 这些方法需要较长时间的等待或预处理, 且易受主观因素的影响。 因此提出一种快速、 准确鉴别环境中是否含有微塑料的技术是必要的。 相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)光谱成像技术是一种基于化学键振动的非侵入性、 非破坏性且无需特殊标记的实时成像方法, 由此提出使用多通道图像采集(含有白光通道成像及CARS光谱成像)的方法快速、 准确鉴别环境中微塑料的分布。 将直径为10 μm的聚苯乙烯微球掺入到收集的海水及沙子中, 模拟被微塑料污染的海水及沙子, 在不作任何处理的情况下对海水及沙子进行多通道图像采集。 通过多通道图像采集可以快速直观地检测到海水中聚苯乙烯微球的分布。 在对沙子中的聚苯乙烯微球进行多通道图像采集的同时, 采用拉曼光谱检测与之对照。 在拉曼光谱检测中, 聚苯乙烯微球的信号易受沙子荧光信号干扰, 且只有在激光聚焦在聚苯乙烯存在的位置时, 才能检测到微弱的信号。 在多通道图像采集检测中, 可以看到沙子中存在的聚苯乙烯微球, 且采用形态学分析中先腐蚀后膨胀的开运算算法同时结合中值滤波的算法后, 可以实现突出显示聚苯乙烯信号的目的。 多通道图像采集可以在无任何预处理的情况下检测出海水及沙子中的微塑料, 具有快速简便的优势, 对实现环境中微塑料的检测具有一定的潜在应用价值。
拉曼光谱 相干反斯托克斯拉曼散射 微塑料 聚苯乙烯 Raman Spectrum Coherent anti-Stokes Raman scattering Microplastics Polystyrene 
光谱学与光谱分析
2022, 42(4): 1022
作者单位
摘要
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
实验展示了一种双色被动同步的全保偏光纤激光器, 该激光器可产生宽带光谱有望用于相干反斯托克斯拉曼散射光谱探测。激光器由掺镱与掺铒的光纤激光器组成, 采用注入式被动同步的方式, 在150 μm腔长失配距离内获得稳定的被动同步状态。其中掺铒激光器由高非线性光纤光谱展宽至1000~1700 nm, 与掺镱激光器输出光在空间中合束后通过和频晶体产生和频信号。被动同步双色光纤激光器可作为相干反斯托克斯拉曼散射的稳定、宽光谱探测超快光源, 有望实现宽光谱多个拉曼峰同时探测。
光纤激光器 激光同步 超连续谱产生 相干反斯托克斯拉曼散射 fiber laser laser synchronization supercontinuum generation coherent anti-Stokes Raman scattering 
光学技术
2022, 48(3): 266
费金磊 1,2林剑 1,2,*
作者单位
摘要
1 上海理工大学 光子芯片研究院,上海 200093
2 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海 200093
相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)是一种受激拉曼现象,在显微成像时,存在非共振背景,会导致光谱产生峰位偏移和谱线变形。本文利用飞秒激光作为光源,通过光栅滤波系统产生窄带泵浦光,飞秒激光激发光子晶体光纤产生超连续谱作为斯托克斯光,两束光被调制为圆偏振光后同时激发样品产生CARS光谱。通过模拟计算说明圆偏振光可以有效去除各向异性材料CARS光谱中的非共振背景,从而使CARS光谱具有和自发拉曼相似的谱线形状。聚苯乙烯微球和液晶样品的CARS光谱实验结果与模拟计算基本相符,说明圆偏振是一种有效去除CARS光谱非共振背景的方法。
圆偏振光 相干反斯托克斯拉曼散射 超连续谱 液晶 circularly polarized light coherent anti-Stokes Raman scattering supercontinuum spectrum liquid crystal 
光学仪器
2022, 44(4): 49
Author Affiliations
Abstract
1 Xi'an Key Laboratory of Intelligent Sensing and Regulation of trans-Scale Life Information, School of Life Science and Technology, Xidian University, Xi'an, Shaanxi 710126, P. R. China
2 Engineering Research Center of Molecular & Neuro Imaging of the Ministry of Education, Xidian University, Xi'an, Shaanxi 710126, P. R. China
3 Shaanxi Eye Hospital, Xi'an People's Hospital (Xi'an Fourth Hospital), Affliated Guangren Hospital, School of Medicine, Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710004, P. R. China
Coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) microscopy can resolve the chemical components and distribution of living biological systems in a label-free manner and is favored in several disciplines. Current CARS microscopes typically use bulky, high-performance solid-state lasers, which are expensive and sensitive to environmental changes. With their relatively low cost and environmental sensitivity, supercontinuum fiber (SF) lasers with a small footprint have found increasing use in biomedical applications. Upon these features, in this paper, we homebuilt a lowcost CARS microscope based on a SF laser module (scCARS microscope). This SF laser module is specially customized by adding a time-synchronized seed source channel to the SF laser to form a dual-channel output laser. The performance of the scCARS microscope is evaluated with dimethyl sulfoxide, whose results confirm a spatial resolution of better than 500 nm and a detection sensitivity of millimolar concentrations. The dual-color imaging capability is further demonstrated by imaging different species of mixed microspheres. We finally explore the potential of our scCARS microscope by mapping lipid droplets in different cancer cells and corneal stromal lenses.
Coherent anti-Stokes Raman scattering supercontinuum fiber laser lipid mapping cancer cell 
Journal of Innovative Optical Health Sciences
2022, 15(4): 2250024
邸亚盟 1,2刘硕 1,2白振旭 1,2邓岩岩 1,2[ ... ]夏元钦 1,2,*
作者单位
摘要
1 河北工业大学先进激光技术研究中心,天津 ,300401
2 河北省先进激光技术与装备重点实验室,天津 ,300401
利用单个飞秒激光振荡器作为激发源,搭建了光谱聚焦相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)显微成像系统,采用SF10材质的玻璃棒对飞秒脉冲引入啁啾,以提高光谱分辨率,实现单一拉曼位移探测。实验以三聚氰胺为样品,开展了光谱聚焦CARS显微成像研究。同时,在光谱聚焦CARS显微成像系统的泵浦和斯托克斯光路中插入半波片,通过旋转半波片角度,进而改变线偏振激发脉冲的偏振方向。并研究了样品特定区域的共振信号/非共振背景的比值随半波片偏转角度的变化趋势,得到了样品特定区域的共振信号/非共振背景的比值最大时半波片的偏转角度。
显微 相干反斯托克斯拉曼散射 显微成像 光谱聚焦 三聚氰胺 非共振背景 
激光与光电子学进展
2022, 59(10): 1018001
作者单位
摘要
1 北京大学 物理学院 人工微结构和介观物理国家重点实验室,北京 100871
2 山西大学 极端光学协同创新中心,太原 030006
相干拉曼散射以其无标记、高灵敏、化学特异性等优势,被广泛应用于生物、医学、物理和化学的光谱与成像应用。通过对光场各项参数的调控,从时域、频域、相位、偏振等特性入手,可以解决光谱与成像应用中的实际问题。本文以光场调控原理为主线,综述了相干拉曼散射光谱与成像应用的研究进展。
相干拉曼散射 相干反斯托克斯拉曼散射 受激拉曼散射 光场调控 Coherent Raman scattering Coherent anti-Stokes Raman scattering Stimulated Raman scattering Engineering of optical fields 
光子学报
2022, 51(1): 0151108

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