(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 202210840656.9 (22)申请日 2022.07.18 (71)申请人 上海理工大 学 地址 200093 上海市杨 浦区军工路516号 (72)发明人 杨康文　刘亮　黄坤　曾和平　 (74)专利代理 机构 上海邦德专利代理事务所 (普通合伙) 31312 专利代理师 郭靖宇 (51)Int.Cl. G01N 21/65(2006.01) G01N 21/01(2006.01) G02B 21/00(2006.01) (54)发明名称 一种基于频谱递进扫描的相干拉曼散射成 像装置及成像方法 (57)摘要 本发明一种基于频谱递进扫描的相干拉曼 散射成像装置及成像方法， 包括同步双色光源， 非线性放大及光谱展宽模块、 频谱递进扫描控制 模块、 线性放大模块、 合束及样品探测模块和数 据处理模块， 本发明无需调谐激光振荡器， 也不 用时间扫描， 通过控制非线性放大器的种子光和 泵浦光， 调节种子光色散、 功率、 啁啾和放大器泵 浦功率等参数， 动态调整非线性放大器的光谱演 变， 使其从窄光谱逐渐过渡到宽光谱， 从覆盖单 一拉曼峰到递进覆盖多个 拉曼峰， 这种频谱递进 扫描的相干拉曼光源能实现多个化学键同时成 像， 扫描速度快、 成像方式灵活， 兼具高光谱分辨 率和宽带探测范围， 也为消除相干拉曼散射成像 中的噪声提供了新的方式。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 115201177 A 2022.10.18 CN 115201177 A 1.一种基于频谱递进扫描的相干拉曼散射成像装置， 其特征在于， 包括同步双色光源、 非线性放大及光谱展宽模块、 频谱递进扫描控制模块、 线性放大模块、 合束及样品探测模块 和数据处理模块， 所述同步双色光源包括时域同步的第一光纤激光器和第二光纤激光器， 所述第一光纤激光器包括色散控制器或啁啾控制器， 且所述第一光纤激光器发射第一光 束， 所述第二光纤激光器发射第二光束， 所述第二光束依 次连接线性放大模块和合束及样 品探测模块； 所述非线性放大及光谱展宽模块包括功率调节器、 非线性放大器和传输光纤， 所述第 一光束依次连接所述功率调节器、 非线性 放大器、 传输光纤和合束及样品探测模块； 所述合束及样品探测模块与 所述数据处理模块信号连接， 所述频谱递进扫描控制模块 分别与所述色散控制器或啁啾控制 器、 功率控制器和非线性放大器连接， 所述频谱递进扫 描控制模块还与所述数据处 理模块信号连接 。 2.根据权利要求1所述的基于频谱递进扫描的相干拉曼散射成像装置， 其特征在于， 所 述第一光纤激光器和所述第二光纤激光器的锁模方式皆是非线性偏振旋转、 可饱和吸收和 非线性放大环境的其中一种。 3.根据权利要求1所述的基于频谱递进扫描的相干拉曼散射成像装置， 其特征在于， 所 述色散控制器或啁啾控制器由对腔 内色散或啁啾进行主动控制的光纤光栅、 空间光栅对、 电光调制器或声光调制器构成。 4.根据权利要求1所述的基于频谱递进扫描的相干拉曼散射成像装置， 其特征在于， 双 色光源的同步方式采用注入式或共腔式。 5.根据权利要求1所述的基于频谱递进扫描的相干拉曼散射成像装置， 其特征在于， 所 述合束及样品探测模块包括 实现双色脉冲空间重合的波分复用器或二向色镜、 实现双色脉 冲时间重合的空间延时器或光纤延时器、 聚焦透镜、 待测样品、 准直透镜、 样品控制台、 滤波 模块和探测模块。 6.根据权利要求1所述的基于频谱递进扫描的相干拉曼散射成像装置， 其特征在于， 所 述功率调节器由光纤放大器构成， 当打开或增加所述光纤放大器的泵浦光， 所述功率调节 器对第一光束起到增 益作用； 当关闭或降低所述光纤放大器的泵浦光， 所述功率调节器对 所述第一光束起到损耗作用， 所述功率调节器的泵浦功 率受到频谱递进扫描控制模块的主 动控制。 7.根据权利要求1所述的基于频谱递进扫描的相干拉曼散射成像装置， 其特征在于， 所 述非线性放大器由非线性光纤放大器构成， 所述 非线性光纤放大器的泵浦功 率受频谱递进 扫描控制模块主动控制。 8.根据权利要求1所述的基于频谱递进扫描的相干拉曼散射成像装置， 其特征在于， 所 述传输光纤为有源光纤或无源光纤， 所述传输光纤通过引入色散实现宽带光谱的超短脉冲 在时域上 的光谱‑时间的映射， 并在映射过程中实现光谱宽度的进一步展宽或者光谱形状 的整形。 9.一种基于频谱递进扫描的相干拉曼散射成像装置的成像方法， 使用 如权利要求1 ‑8 任意一项所述的基于频谱递进扫描的相 干拉曼散射成像装置， 其特征在于， 所述频谱递进 扫描控制模块通过分别与所述色散控制器或啁 啾控制器、 功 率调节器和非线性放大器相连 接控制非线性光谱展宽过程， 所述同步双色光源中， 通过非线性放大及光谱展宽模块的含权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115201177 A 2有色散控制 器或啁啾控制 器的所述第一光束与通过线性放大模块的所述第二光束在合束 及样品探测模块内实现时间与 空间的重合， 重合后的光束照射于待测样品上， 探测模块探 测到所述待测样品的相干拉曼散射信号， 并将所述相干拉曼散射信号送入 所述数据处理模 块， 所述数据处理模块同时接收所述相干拉曼散射信号和来自频谱递进扫描控制模块的信 号， 从而实现相干拉曼散射成像。 10.根据权利要求9所述的基于频谱递进扫描的相干拉曼散射成像装置的成像方法， 其 特征在于， 所述频谱递进扫描控制模块分别通过控制第一光纤激光器的腔 内参数、 功率调 节器和非线性放大器的泵浦功率， 实现非线性光谱展宽过程的主动控制， 并将光谱展宽过 程的同步控制信号输入至所述数据 处理模块， 所述数据 处理模块根据同步控制信号， 结合 相干拉曼散射成像信号， 将其与不同的光谱成分对应， 实现多个化学键的同时成像。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115201177 A 3