相幹拉曼散射技術可以克服自發拉曼的局限性，它利用一係列光脈衝(chong) 來建立和檢測激光聚焦內(nei) 分子係綜內(nei) 的振動相幹性。CRS利用兩(liang) 個(ge) 脈衝(chong) 的組合，泵浦(ωp)和紅移斯托克斯(ωS)，在焦點誘導集體(ti) 分子振蕩。當泵浦頻率與(yu) 斯托克斯頻率之差匹配一個(ge) 特征振動頻率，所有分子都被共振激發並同步振動。相對於(yu) 非相幹SR過程，這種振動相幹增強了許多數量級的拉曼響應。此外CRS信號以相幹光束發射，沿滿足CRS過程相位匹配條件的方向傳(chuan) 播，且易於(yu) 被探測器采集。
單頻CARS與(yu) SRS顯微係統
單頻CARS/SRS顯微鏡較具挑戰性的部分是激發源，它必須產(chan) 生兩(liang) 個(ge) 同步的激光脈衝(chong) ---泵浦和斯托克斯，需具有以下幾點特征：
1. 頻率失諧在500和
之間連續變化，以覆蓋所有相關(guan) 的振動躍遷。這意味著至少有一個(ge) 泵浦/斯托克斯脈衝(chong) 是廣泛可調的。例如，假設一個(ge) 固定的泵浦波長為(wei) 800納米，斯托克斯必須在835
和1110 nm 
。
2. 脈衝(chong) 持續時間為(wei) 1 - 2 ps，對應於(yu) 變換限製脈衝(chong) 的帶寬為(wei) 
以這種方式匹配壓縮相中振動躍遷的典型線寬。這種選擇優(you) 化了峰值功率和光譜分辨率之間的權衡。較佳脈衝(chong) 持續時間也可以取決(jue) 於(yu) 實驗條件，因為(wei) 已經表明，在某些情況下，
響應是一個(ge) 與(yu) 時間相關(guan) 的函數，因此信號可以對調製光束強度具有非線性依賴關(guan) 係。
3. 近紅外波長，從(cong) 700到1200 nm，較大限度地減少光損傷(shang) ，這通常是由於(yu) 多光子吸收，增加了組織穿透。
4. 高脈衝(chong) 重複率，10 - 100 MHz量級，較大限度地提高采集速度，同時較小化像素停留時間。
5. 光功率大於(yu) 每支100 mw，用於(yu) 補償(chang) 傳(chuan) 輸路程中的損耗，同時達到生物樣品允許的較大平均功率水平，即700 nm時10 - 20 mw, 1000 nm時可達100 mw。
上述特征的組合使得CRS顯微鏡在技術上比其他非線性顯微鏡技術要求更高，如雙光子激發熒光和二次諧波產(chan) 生(SHG)顯微鏡，需要一個(ge) 單一的激發光束。早期大多數CARS顯微鏡使用了兩(liang) 個(ge) 獨立的電子同步皮秒Ti:sapphire振蕩器，導致係統非常龐大和複雜。這很快就被目前單頻CRS顯微鏡中的“金標準”所取代，該標準由皮秒Nd:YVO4振蕩器同步泵浦光學參數振蕩器(OPO)組成，這種激光係統的複雜性促使人們(men) 進行了密集的研究，旨在大幅減少占地麵積和價(jia) 格，同時提高可靠性，其主要是通過光纖格式架構。一類係統是基於(yu) 飛秒Er:光纖振蕩器在1550 nm，播種一對摻鉺光纖放大器，其中一個(ge) 是高度非線性光纖。通過對厚SHG晶體(ti) 中的兩(liang) 個(ge) 脈衝(chong) 序列進行頻率倍增和頻譜壓縮，可以合成775 nm的皮秒固定頻率泵浦脈衝(chong) 和850-1080 nm範圍內(nei) 的可調諧皮秒斯托克斯脈衝(chong) 。該配置已經升級，通過Yb:fiber或Tm:fiber放大來增強Stokes臂的功率。替代方案依賴於(yu) 皮秒Yb:光纖振蕩器與(yu) 基於(yu) 光纖的三階光參量放大器(OPA)或OPO的組合，或直接泵送OPA的高功率飛秒Yb振蕩器。
圖1
單頻CARS和SRS在概念上非常相似，從(cong) 一種技術切換到另一種技術隻需要對光激發路徑和檢測鏈進行微小的修改。然而，SRS技術對激光源的額外要求是高頻低強度噪聲，這是檢測小差分信號所必需的。圖1顯示了用於(yu) 傳(chuan) 輸檢測的CARS/SRS顯微鏡的實驗設置，通常用於(yu) 細胞或薄組織切片;對於(yu) 後向檢測，用於(yu) 厚組織，隻使用一個(ge) 物鏡，通過分束器檢測信號。泵浦脈衝(chong) 和斯托克斯脈衝(chong) 由延遲線同步，由二色鏡共線組合，通過掃描單元後由顯微鏡物鏡聚焦在樣品上，透射光由一個(ge) 相似的物鏡收集。對於(yu) CARS，一係列短通和缺口濾波器選擇反斯托克斯光，這是用光電倍增管測量。對於(yu) SRS，將高頻調製器插入到泵浦光束(用於(yu) SRG檢測)或斯托克斯光束(用於(yu) SRL檢測)上，並將由長通(短通)和陷波濾波器序列選擇的斯托克斯(泵浦)發送到光電二極管和鎖相放大器，後者同步解調並測量SRG (SRL)。原則上考慮到結構的相似性，CARS和SRS信號可以在同一個(ge) 實驗裝置上檢測到，甚至可以同時檢測到。
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