本發(fā)明涉及相干拉曼光譜測(cè)量技術(shù)，具體涉及一種基于探測(cè)光延時(shí)調(diào)控的雙光梳相干拉曼光譜測(cè)量技術(shù)的背景噪聲抑制系統(tǒng)，通過(guò)在探測(cè)光延時(shí)調(diào)控模塊中設(shè)置將光頻梳光源模塊發(fā)出的激光分為探測(cè)光與泵浦光的第一分光鏡，設(shè)置光學(xué)延遲線對(duì)所述探測(cè)光施加延時(shí)量，利用相干拉曼光譜信號(hào)衰減時(shí)間較背景噪聲衰減時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，使用具有延時(shí)量的探測(cè)光進(jìn)行探測(cè)，實(shí)現(xiàn)抑制背景噪聲的目的，有利于提升雙光梳相干拉曼光譜測(cè)量系統(tǒng)的信噪比，抑制光譜信號(hào)畸變。

背景技術(shù)：

1、相干拉曼散射是一種基于非線性效應(yīng)的拉曼散射技術(shù)，該方法利用激發(fā)脈沖內(nèi)頻率差與分子的拉曼能級(jí)相匹配的特點(diǎn)，相干地激發(fā)一個(gè)區(qū)域內(nèi)的分子，從而產(chǎn)生超越自發(fā)拉曼效應(yīng)信號(hào)強(qiáng)度4～5個(gè)數(shù)量級(jí)的相干拉曼信號(hào)。相干拉曼光譜信號(hào)反映了物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)特征，能夠提供豐富的“成分-功能”信息，且具備無(wú)損、非標(biāo)記的檢測(cè)能力，因此在單細(xì)胞成像與分析、細(xì)胞代謝研究、痕量化學(xué)物質(zhì)識(shí)別、病毒檢測(cè)與識(shí)別等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。雙光梳相干拉曼光譜方法利用兩臺(tái)光梳光源分別作為泵浦光(同時(shí)也用作探測(cè)光)與斯托克斯光，在保證相干拉曼光譜技術(shù)所需的高峰值功率脈沖的基礎(chǔ)上，結(jié)合雙光梳異步采樣方法，突破了機(jī)械掃描方法限制，大幅度提升了測(cè)量速度。

2、本發(fā)明人了解到相干拉曼激發(fā)作為一種三階非線性效應(yīng)，其產(chǎn)生的信號(hào)面臨著不攜帶分子化學(xué)信息的背景噪聲的影響，嚴(yán)重影響著相干拉曼信號(hào)的信噪比。同時(shí)背景噪聲與共振信號(hào)的相干疊加會(huì)使得信號(hào)出現(xiàn)畸變，嚴(yán)重影響光譜數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。本發(fā)明人認(rèn)為，由于背景噪聲信號(hào)主要源于四波混頻過(guò)程，發(fā)生時(shí)間幾乎是瞬時(shí)的，而相干拉曼光譜信號(hào)具有ps量級(jí)的壽命，因此如果將泵浦光分出一部分作為額外的探測(cè)光，并通過(guò)設(shè)置光學(xué)延遲線增加探測(cè)光延時(shí)，探測(cè)背景噪聲消失后的相干拉曼光譜信號(hào)，則能夠抑制背景噪聲，提升相干拉曼光譜測(cè)量系統(tǒng)的信噪比，抑制光譜信號(hào)畸變。目前，尚無(wú)利用延時(shí)調(diào)控探測(cè)光對(duì)于雙光梳相干拉曼光譜背景噪聲抑制的系統(tǒng)。有鑒于此，本發(fā)明人完成了本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷或不足，提供一種基于探測(cè)光延時(shí)調(diào)控的雙光梳相干拉曼光譜測(cè)量技術(shù)的背景噪聲抑制系統(tǒng)，通過(guò)在探測(cè)光延時(shí)調(diào)控模塊中設(shè)置將光頻梳光源模塊發(fā)出的激光分為探測(cè)光與泵浦光的第一分光鏡，并設(shè)置光學(xué)延遲線對(duì)所述探測(cè)光施加延時(shí)量，利用相干拉曼光譜信號(hào)衰減時(shí)間較背景噪聲衰減時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，使用具有延時(shí)量的探測(cè)光進(jìn)行探測(cè)，實(shí)現(xiàn)抑制背景噪聲的目的，有利于提升雙光梳相干拉曼光譜測(cè)量系統(tǒng)的信噪比，抑制光譜信號(hào)畸變。

2、本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

3、基于探測(cè)光延時(shí)調(diào)控的雙光梳相干拉曼光譜測(cè)量技術(shù)的背景噪聲抑制系統(tǒng)，其特征在于，包括依次連接的光頻梳光源模塊、探測(cè)光延時(shí)調(diào)控模塊、延時(shí)補(bǔ)償模塊、延時(shí)監(jiān)測(cè)模塊和光譜探測(cè)模塊，所述光頻梳光源模塊將頻率不同且偏振方向相互垂直的兩束光合束成第一合束光，所述探測(cè)光延時(shí)調(diào)控模塊將所述第一合束光分成第一透射光和第一反射光，所述第一透射光直接傳輸?shù)剿鲅訒r(shí)補(bǔ)償模塊，所述第一反射光分成第二透射光和第二反射光，所述第二反射光形成延時(shí)光后與所述第二透射光合束形成第二合束光，所述延時(shí)補(bǔ)償模塊使所述第一透射光形成延時(shí)補(bǔ)償光后與所述第二合束光合束成第三合束光，所述延時(shí)監(jiān)測(cè)模塊將所述第三合束光分成第三反射光和第三透射光，所述第三反射光在所述延時(shí)監(jiān)測(cè)模塊中用于延時(shí)監(jiān)測(cè)，所述光譜探測(cè)模塊利用所述第三透射光探測(cè)樣品相干拉曼光譜信號(hào)，通過(guò)具有延時(shí)量的探測(cè)光能夠探測(cè)背景噪聲消失后的相干拉曼光譜信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)背景噪聲抑制。

4、所述光頻梳光源模塊包括第一二向色鏡，所述第一二向色鏡的第一輸入側(cè)連接第一光頻梳，所述第一二向色鏡的第二輸入側(cè)通過(guò)第一1/2波片連接第二光頻梳，所述第一光頻梳和所述第二光頻梳分別連接參考源，所述第一二向色鏡的輸出側(cè)連接所述探測(cè)光延時(shí)調(diào)控模塊。

5、所述探測(cè)光延時(shí)調(diào)控模塊包括第二二向色鏡，所述第二二向色鏡的輸入側(cè)連接所述第一二向色鏡的輸出側(cè)，所述第二二向色鏡的透射側(cè)連接所述延時(shí)補(bǔ)償模塊中的回射器，所述第二二向色鏡的反射側(cè)連接第一分光鏡，所述第一分光鏡的透射側(cè)通過(guò)第二反射鏡連接偏振分束器的第一輸入側(cè)，所述第一分光鏡的反射側(cè)依次通過(guò)第二1/2波片、第一反射鏡和光學(xué)延遲線連接偏振分束器的第二輸入側(cè)，所述偏振分束器的輸出側(cè)連接所述延時(shí)補(bǔ)償模塊中的第三二向色鏡的第一輸入側(cè)。

6、所述延時(shí)補(bǔ)償模塊包括非球面透鏡對(duì)，所述非球面透鏡對(duì)的輸入側(cè)通過(guò)第三反射鏡連接回射器，所述非球面透鏡對(duì)的輸出側(cè)連接第三二向色鏡的第二輸入側(cè)，所述第三二向色鏡的輸出側(cè)連接所述延時(shí)監(jiān)測(cè)模塊。

7、所述延時(shí)監(jiān)測(cè)模塊包括第二分光鏡，所述第二分光鏡的輸入側(cè)連接第三二向色鏡的輸出側(cè)，所述第二分光鏡的透射側(cè)連接所述光譜探測(cè)模塊，所述第二分光鏡的反射側(cè)依次通過(guò)第一聚焦透鏡、硼酸鋇晶體、第二聚焦透鏡、第一濾光片和光電探測(cè)器連接示波器。

8、所述光譜探測(cè)模塊包括光電倍增管、第三聚焦透鏡、第二濾光片、第二物鏡、樣品臺(tái)、第一物鏡和第四反射鏡連接第二分光鏡的透射側(cè)。

9、所述第一光頻梳中心頻率為1030nm，重復(fù)頻率100mhz，所述第二光頻梳中心頻率為1550nm，重復(fù)頻率100mhz，第一光頻梳與第二光頻梳之間的的重頻差可調(diào)，重頻差可調(diào)范圍為0～100hz；所述參考源提供的參考信號(hào)頻率為100mhz。

10、所述第一濾光片為低通濾波片，截止波長(zhǎng)為700nm。

11、所述第二濾光片為帶通濾波片，透過(guò)波長(zhǎng)范圍為750～900nm。

12、本發(fā)明的技術(shù)效果如下：本發(fā)明一種基于探測(cè)光延時(shí)調(diào)控的雙光梳相干拉曼光譜測(cè)量技術(shù)的背景噪聲抑制系統(tǒng)，通過(guò)在探測(cè)光延時(shí)調(diào)控模塊中設(shè)置將光頻梳光源模塊發(fā)出的激光分為探測(cè)光與泵浦光的第一分光鏡，并設(shè)置光學(xué)延遲線對(duì)所述探測(cè)光施加延時(shí)量，利用相干拉曼光譜信號(hào)衰減時(shí)間較背景噪聲衰減時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，使用具有延時(shí)量的探測(cè)光進(jìn)行探測(cè)，實(shí)現(xiàn)抑制背景噪聲的目的，有利于提升雙光梳相干拉曼光譜測(cè)量系統(tǒng)的信噪比，抑制光譜信號(hào)畸變。本發(fā)明是探測(cè)光延時(shí)調(diào)控在相干拉曼光譜背景噪聲抑制方向的創(chuàng)新應(yīng)用。

13、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)同常規(guī)的相干拉曼散射光譜測(cè)量裝置相比，使用具有延時(shí)量的探測(cè)光解決了由于四波混頻效應(yīng)造成的背景噪聲難以抑制的問(wèn)題，使得光譜信號(hào)信噪比提升，畸變下降。(2)設(shè)置了延時(shí)監(jiān)測(cè)模塊，可以對(duì)泵浦光、探測(cè)光分別與斯托克斯光的延時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為延時(shí)調(diào)控提供依據(jù)。(3)使用光學(xué)延遲線施加延時(shí)量，可達(dá)到最高fs級(jí)的延時(shí)量調(diào)整，延時(shí)量調(diào)控更加精準(zhǔn)。

技術(shù)特征：

1.基于探測(cè)光延時(shí)調(diào)控的雙光梳相干拉曼光譜測(cè)量技術(shù)的背景噪聲抑制系統(tǒng)，其特征在于，包括依次連接的光頻梳光源模塊、探測(cè)光延時(shí)調(diào)控模塊、延時(shí)補(bǔ)償模塊、延時(shí)監(jiān)測(cè)模塊和光譜探測(cè)模塊，所述光頻梳光源模塊將頻率不同且偏振方向相互垂直的兩束光合束成第一合束光，所述探測(cè)光延時(shí)調(diào)控模塊將所述第一合束光分成第一透射光和第一反射光，所述第一透射光直接傳輸?shù)剿鲅訒r(shí)補(bǔ)償模塊，所述第一反射光分成第二透射光和第二反射光，所述第二反射光形成延時(shí)光后與所述第二透射光合束形成第二合束光，所述延時(shí)補(bǔ)償模塊使所述第一透射光形成延時(shí)補(bǔ)償光后與所述第二合束光合束成第三合束光，所述延時(shí)監(jiān)測(cè)模塊將所述第三合束光分成第三反射光和第三透射光，所述第三反射光在所述延時(shí)監(jiān)測(cè)模塊中用于延時(shí)監(jiān)測(cè)，所述光譜探測(cè)模塊利用所述第三透射光探測(cè)樣品相干拉曼光譜信號(hào)，通過(guò)具有延時(shí)量的探測(cè)光能夠探測(cè)背景噪聲消失后的相干拉曼光譜信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)背景噪聲抑制。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于探測(cè)光延時(shí)調(diào)控的雙光梳相干拉曼光譜測(cè)量技術(shù)的背景噪聲抑制系統(tǒng)，其特征在于，所述光頻梳光源模塊包括第一二向色鏡，所述第一二向色鏡的第一輸入側(cè)連接第一光頻梳，所述第一二向色鏡的第二輸入側(cè)通過(guò)第一1/2波片連接第二光頻梳，所述第一光頻梳和所述第二光頻梳分別連接參考源，所述第一二向色鏡的輸出側(cè)連接所述探測(cè)光延時(shí)調(diào)控模塊。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于探測(cè)光延時(shí)調(diào)控的雙光梳相干拉曼光譜測(cè)量技術(shù)的背景噪聲抑制系統(tǒng)，其特征在于，所述探測(cè)光延時(shí)調(diào)控模塊包括第二二向色鏡，所述第二二向色鏡的輸入側(cè)連接所述第一二向色鏡的輸出側(cè)，所述第二二向色鏡的透射側(cè)連接所述延時(shí)補(bǔ)償模塊中的回射器，所述第二二向色鏡的反射側(cè)連接第一分光鏡，所述第一分光鏡的透射側(cè)通過(guò)第二反射鏡連接偏振分束器的第一輸入側(cè)，所述第一分光鏡的反射側(cè)依次通過(guò)第二1/2波片、第一反射鏡和光學(xué)延遲線連接偏振分束器的第二輸入側(cè)，所述偏振分束器的輸出側(cè)連接所述延時(shí)補(bǔ)償模塊中的第三二向色鏡的第一輸入側(cè)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于探測(cè)光延時(shí)調(diào)控的雙光梳相干拉曼光譜測(cè)量技術(shù)的背景噪聲抑制系統(tǒng)，其特征在于，所述延時(shí)補(bǔ)償模塊包括非球面透鏡對(duì)，所述非球面透鏡對(duì)的輸入側(cè)通過(guò)第三反射鏡連接回射器，所述非球面透鏡對(duì)的輸出側(cè)連接第三二向色鏡的第二輸入側(cè)，所述第三二向色鏡的輸出側(cè)連接所述延時(shí)監(jiān)測(cè)模塊。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于探測(cè)光延時(shí)調(diào)控的雙光梳相干拉曼光譜測(cè)量技術(shù)的背景噪聲抑制系統(tǒng)，其特征在于，所述延時(shí)監(jiān)測(cè)模塊包括第二分光鏡，所述第二分光鏡的輸入側(cè)連接第三二向色鏡的輸出側(cè)，所述第二分光鏡的透射側(cè)連接所述光譜探測(cè)模塊，所述第二分光鏡的反射側(cè)依次通過(guò)第一聚焦透鏡、硼酸鋇晶體、第二聚焦透鏡、第一濾光片和光電探測(cè)器連接示波器。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于探測(cè)光延時(shí)調(diào)控的雙光梳相干拉曼光譜測(cè)量技術(shù)的背景噪聲抑制系統(tǒng)，其特征在于，所述光譜探測(cè)模塊包括光電倍增管、第三聚焦透鏡、第二濾光片、第二物鏡、樣品臺(tái)、第一物鏡和第四反射鏡連接第二分光鏡的透射側(cè)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于探測(cè)光延時(shí)調(diào)控的雙光梳相干拉曼光譜測(cè)量技術(shù)的背景噪聲抑制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一光頻梳中心頻率為1030nm，重復(fù)頻率100mhz，所述第二光頻梳中心頻率為1550nm，重復(fù)頻率100mhz，第一光頻梳與第二光頻梳之間的的重頻差可調(diào)，重頻差可調(diào)范圍為0～100hz；所述參考源提供的參考信號(hào)頻率為100mhz。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于探測(cè)光延時(shí)調(diào)控的雙光梳相干拉曼光譜測(cè)量技術(shù)的背景噪聲抑制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一濾光片為低通濾波片，截止波長(zhǎng)為700nm。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于探測(cè)光延時(shí)調(diào)控的雙光梳相干拉曼光譜測(cè)量技術(shù)的背景噪聲抑制系統(tǒng)，其特征在于，所述第二濾光片為帶通濾波片，透過(guò)波長(zhǎng)范圍為750～900nm。

技術(shù)總結(jié)
一種探測(cè)光延時(shí)調(diào)控的雙光梳相干拉曼光譜背景噪聲抑制系統(tǒng)，通過(guò)在探測(cè)光延時(shí)調(diào)控模塊中設(shè)置將光頻梳光源模塊發(fā)出的激光分為探測(cè)光與泵浦光的第一分光鏡，并設(shè)置光學(xué)延遲線對(duì)所述探測(cè)光施加延時(shí)量，利用相干拉曼光譜信號(hào)衰減時(shí)間較背景噪聲衰減時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，使用具有延時(shí)量的探測(cè)光進(jìn)行探測(cè)，實(shí)現(xiàn)抑制背景噪聲的目的，有利于提升雙光梳相干拉曼光譜測(cè)量系統(tǒng)的信噪比，抑制光譜信號(hào)畸變。

技術(shù)研發(fā)人員：馬彥寧,林平衛(wèi),李梓奇,屈繼峰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30