征样本的分子振动共振的信号。
[0017]因此，该新颖设备利用三个预设波长的三个激发束，这三个激发束在样本中的第一调制频率和第二调制频率的成对相互作用使得可同时产生SRL过程和SRG过程两者，中间波长的束可替代地用作这些过程中的每个中的栗束或斯托克斯束。根据实施方式，调制频率可以是相同的或不同的。在两种情况下，以一个调制频率或多个调制频率对由这两个过程的相互作用导致的非线性光学信号进行同步检测使得伪像可被抑制并且有用的SRS信号可翻倍。
[0018]用于使脉冲序列在样本中相互作用的装置有利地包括下述装置，该装置用于使脉冲序列聚焦到公共聚焦体积上，使得可获得高得足以在样本中产生非线性光学效应的能量
Fth也/又。
[0019]所描述的设备可以至少部分是光纤。申请人已经表明，所实现的检测方法另外还使得由于在光纤中产生的非线性效应而导致的伪像可被抑制。
[0020]这样的设备的一个应用是振动拉曼成像，尤其是显微镜成像。该设备于是可包括用于相对于样本移动该聚焦体积以便执行成像的装置。
[0021]所描述的设备的另一个应用是拉曼光谱学。该设备例如可包括下述装置，该装置用于改变在样本中相互作用的脉冲序列的角频率ω#Ρ ω 3，使得期望研究的样本的分子振动共振角频率0,可改变。
[0022]所描述的设备的一个应用是高光谱拉曼成像，使得可以以各种分子振动共振角频率Ω生成样本的SRS图像。
[0023]不管是用于成像，还是用于光谱学，同步检测装置包括用于检测由样本中的脉冲序列的相互作用导致的非线性光学信号的光学装置，光学检测可能在前向检测模式下、在后向(或epi)检测模式下或者在内窥镜检测模式下进行，尤其是用于研究生物样本的深层中的分子振动。
[0024]作为所描述的设备的第一变体，对脉冲序列中的至少一个进行振幅调制。
[0025]在第一实施方式中，电光装置包括用于发射角频率ω1Ν (02和ω 3的脉冲序列的源、以及用于分别以第一调制频率和第二调制频率对角频率ω#Ρ ω 3的脉冲序列进行振幅调制的装置。
[0026]例如以相同的调制频率、但是相位相反地对角频率ω#Ρ ω 3的脉冲序列进行振幅调制。在这种情况下，一方面角频率ω ω 2的光脉冲序列以及另一方面角频率ω 2和ω 3的光脉冲序列在样本中交替地以调制频率相互作用。同步检测装置例如包括从样本发出的角频率《2的脉冲的光学检测器、以及从光学检测器发出的电信号的调制频率的同步模拟或数字检测。从同步检测发出的信号表征样本的分子振动共振。电子处理装置使得该信号可被提取、然后被利用。
[0027]可替代地，以彼此不是倍数的两个独立的调制频率对角频率ω ω 3的脉冲序列进行振幅调制。在这种情况下，以所述调制频率中的每个调制频率进行从样本发出的角频率ω2的脉冲的同步检测。对通过同步检测产生的信号进行处理以提取表征样本的分子振动共振的信号。
[0028]在第二实施方式中，第一调制频率和第二调制频率是相同的，并且电光装置包括用于发射角频率ω1Ν (02和ω 3的脉冲序列的源、以及用于以所述调制频率对角频率ω 2的脉冲序列进行振幅调制的装置。在这种情况下，对一方面从样本发出的角频率的脉冲和另一方面从样本发出的角频率ω3的脉冲进行所述调制频率的同步检测。对通过所述同步检测中的每个产生的信号进行处理以提取表征样本的分子振动共振的信号。
[0029]作为所描述的设备的第二变体，在脉冲序列中的至少一个的路径上引入延迟线，并且进行脉冲序列之间的时间延迟的调制。
[0030]更确切地说，第一调制频率和第二调制频率是相同的，电光装置可包括用于发射角频率ωι、《2和ω 3的脉冲序列的源以及至少一个延迟线，该延迟线使得可在角频率ω i和ω3的脉冲序列与角频率ω 2的脉冲序列之间产生以所述调制频率调制的时间延迟。在这种情况下，如被相位相反地进行振幅调制的脉冲序列的情况下那样，一方面角频率ω
ω2的光脉冲序列以及另一方面角频率ω 2和ω 3的光脉冲序列在样本中交替地以调制频率相互作用。
[0031]不管是在第一变体(振幅调制)中，还是在第二变体(时间延迟调制)中，脉冲例如可以是其角频率以角频率ω1Ν (02和ω 3为中心的光谱窄的皮秒脉冲，或者作为变体，是其角频率以角频率Wl、《2和ω 3为中心的频率啁啾脉冲。
[0032]在皮秒脉冲的情况下，脉冲序列例如由皮秒激光源发射，所述皮秒激光源包括发射角频率《2的脉冲序列的主激光器、以及发射角频率ω i(空闲者)和ω3(信号)的脉冲序列的0Ρ0激光器。
[0033]在频率啁啾脉冲的情况下，脉冲序列例如通过包括主激光器和0Ρ0的飞秒激光源获得，脉冲由时间展宽器扩展。
[0034]在频率啁啾脉冲的情况下，发射源还可包括延迟线，该延迟线使得可在一方面角频率(^和ω 2的脉冲与另一方面角频率ω 2和ω 3的脉冲之间产生相同的时移，时移的变化使得样本的分子振动共振频率可被探测到。
[0035]在所描述的设备的第二变体(时间延迟调制)中，发射源可包括以角频率《2为中心的频率啁啾脉冲序列的发生器以及二向色分束器，该二向色分束器使得可分离一方面以角频率ω2为中心的脉冲和另一方面分别以角频率ω工和ω 3为中心的脉冲。以调制频率调制的时间延迟然后可如上所述那样被引入在角频率ω^Ρ ω 3的脉冲序列与角频率ω 2的脉冲序列之间。
[0036]根据第二方面，本发明涉及一种用于检测在样本中诱导的受激拉曼散射(SRS)类型的共振非线性光学信号的方法，该方法由根据第一方面描述的设备及其所有变体或实施方式实现。
【附图说明】
[0037]在阅读通过以下图例示说明的描述之后，本发明的其它优点和特征将变得显而易见:
[0038]图1A和1B (已经描述)，受激拉曼散射(SRS)的原理；
[0039]图2(已经描述)，现有技术的SRS显微镜的示意图；
[0040]图3A至3D (已经描述)，人的(皮肤)组织样本的示例拉曼光谱以及在三个感兴趣光谱区域中通过现有技术的CARS、SRS和拉曼显微光谱学获得的比较光谱测量；
[0041]图4，根据本发明的第一变体(振幅调制)的第一示例的SRS检测设备的实施方式；
[0042]图5A至5C，根据第一变体的样本中的相互作用的示意图；
[0043]图6，例示说明图4中所示的设备的示例实现中的检测到的信号(SRS信号和伪像)的表；
[0044]图7A至7D，例示说明图4中所示的设备的分别关于前、后(或epi)和前光纤检测模式以及关于内窥镜检测模式的变体的示意图；
[0045]图8A至8C，示出使用如图4中所示的设备用非散射样本获得的第一实验结果的示意图；
[0046]图9A至9F，示出使用如图4中所示的设备用散射样本获得的第二实验结果的示意图；
[0047]图10A至10C，使用如图4中所示的设备用由生物组织形成的样本获得的第三实验结果的示意图；
[0048]图11A和11B，例示说明本发明的变体的两个其它的示例设备；
[0049]图12A和12B，分别例示说明图11A和11B中所示的设备的示例实现中的检测到的信号(SRS信号和伪像)的表；
[0050]图13，根据本发明的另一个变体(时间延迟调制)的SRS检测设备的一个实施方式；
[0051]图14A至14C，根据图13中所示的变体的样本中的相互作用的示意图；
[0052]图15，例示说明图13中所示的设备的示例实现中的检测到的信号(SRS信号和伪像)的表；
[0053]图16A、16B，例示说明扩展光谱脉冲序列源的一个实施方式的示意图；
[0054]图17A至17C，根据第一变体(振幅调制)的在扩展光谱脉冲的情况下的样本中的相互作用的示意图；
[0055]图18A至18C，根据第二变体(时间延迟调制)的在扩展光谱脉冲的情况下的样本中的相互作用的示意图；
[0056]图19A至19C，根据第二变体(时间延迟调制)的在扩展光谱脉冲以及时间延迟变化的情况下的样本中的相互作用的示意图；
[0057]图20，根据本发明的一个变体(时间延迟调制)的具有扩展光谱脉冲的SRS检测设备的另一个实施方式；
[0058]图21A至21C，图20中的示例中的样本中的相互作用的示意图。
【具体实施方式】
[0059]在附图中，相同的元件用相同的标号指示。
[0060]图4示出根据本发明的实现振幅调制的一个变体的用于检测非线性共振SRS光学信号的设备的示例。
[0061]检测设备10包括源20，其用于发射以角频率ω1Ν (02和ω 3为中心的脉冲序列，以使得ω 3-ω2= Ω R，其中，0,是在样本S中力图分析的分子振动共振频率。这些脉冲例如是光谱宽度为几个cm 1的皮秒脉冲，或者可以是如以下将更详细地描述的频率啁啾脉冲。通常，脉冲序列例如包括以几十MHz (例如大约80MHz)的速率、约为一个微秒的时长发射的几皮秒的脉冲。
[0062]根据一个变体，发射源20包括由主激光器24和0P0 (光学参量振荡器)激光器22组成的激光系统，主激光器24发射角频率ω 2的脉冲序列12，0Ρ0激光器22从主激光器接收适合于参数化产生0Ρ0内的信号和空闲者的倍频脉冲11。这导致分别与空闲者和信号对应的可调谐角频率ω#Ρ ω 3的脉冲序列14和16。主激光器24直接发射的“激光”束12以及0Ρ0激光器22发射的“空闲者”束14和“信号”束16可根据本描述直接被用在SRS成像中。具体而言，0Ρ0的参数化产生机制是这样的，激光(ω2)、信号(ω3)和空闲者(ωι)脉冲的角频率遵守条件ω 3-ω2= Ω，其中，Ω可通过改变0Ρ0的参数而被设置为感兴趣的角频率Ωκ。因此，脉冲12的波长约为1064nm，倍频脉冲13的波长约为532nm，空闲者和信号脉冲的波长分别可在大约1150至2450nm以及大约690至990nm之间调谐。当角频率ωι、《2和ω 3的三个脉冲序列14、12、16在样本中相互作用时，在激光/信号脉冲的相互作用中，信号束起到栗的作用，而激光束起到斯托克斯的作用，而在激光/空闲者脉冲的相互作用中，空闲者束起到斯托克斯的作用，而激光束起到栗的作用。
[0063]在图4中的示例中，在信号信道和空闲者信道中的每个中，延迟线(分别地，56和54)使得所述三个脉冲序列可在时间上同步，以确保这三个脉冲序列在样本中的时间重叠。
[0064]在图4中的示例中，以相同的调制频率、但是相位相反地对信号脉冲序列和空闲者脉冲序列进行振幅调制，使得可使角频率ω#Ρ ω 2的光脉冲序列以及角频率ω 2和ω 3的光脉冲序列在样本中交替地以调制频率相互作用。换句话说，在给定的时间段Τ内，只有角频率ω 2的脉冲相互作用，在后一时间段中，只有角频率ω 2和ω 3的脉冲相互作用，时间段Τ由调制频率的倒数给出。信号脉冲序列和空闲者脉冲序列例如都由声光调制器(分别地，36、34)调制。频率(有利地高于1MHz，通常在1和40MHz之间)的声光调制器36的调制信号由低频发生器30递送。相同频率的声光调制器34的调制信号来自同一个源，但是通过电子延迟发生器32而产生相移，以使得信号脉冲序列和空闲者脉冲序列被相位相反地调制。
[0065]被相位相反地调制的(分别地，角频率ω ω 3的)脉冲序列15和17例如通过二向色镜64、66与角频率ω 2的激光脉冲序列组合，然后通过显微镜物镜42 (例如在近红外域(?700-1300nm)中消色差的数值孔径NA = 0.45的显微镜物镜)而被聚焦到样本S中的公共聚焦体积上。具有较大数值孔径(例如，NA = 0.60)的物镜44使得从样本发出的脉冲序列可在不对它们产生阻隔的情况下被收集。从样本发出的角频