1 深圳市计量质量检测研究院, 广东 深圳 518055
2 哈尔滨工业大学物理系, 广东 深圳 518055
通过设计实验与分析模型, 研究相干反斯托克斯拉曼散射成像对于样品尺寸小于系统点扩展函数尺寸的情况, 分析相干反斯托克斯拉曼散射图像周围的depth的形成原因。 分析过程首次引入轴向传输动态位移光线(此光线由相干体积元内轴心光线抽象出)对球形或柱形样品直径小于系统点扩展函数横向与轴向尺寸进行建模解析, 对于所建模型定量分析结果表明, 对于样品尺寸小于系统点扩展函数尺寸样品折射率调制了有效作用深度。 Gouy相移只是其表观现象, 是一个伴随性特征, 因为物理学中存在的另一个极端, 当样品尺寸足够小且具有相当的折射率, Gouy相移的作用近似为0, 此时, 样品周围的depth主要与样品的折射率及系统相干层析体积元内有效作用长度有关, 相干反斯托克斯拉曼散射参量信号, 具有自身的波矢匹配条件, 不仅有大小, 有方向, 而且还受到样品自身材料折射率的影响比较明显。 也就是对于参量过程波矢匹配条件是因, Gouy相移是伴随性特征。 自此, 通过相干反斯托克斯拉曼散射间接说明所用的紧聚焦参量信号成像过程, 正是因为波矢匹配条件的存在使二次信号继承了激发光的紧聚焦特性, 而拥有了继承性的Gouy相移, 结合实验结果采用物理学的极端假设表明, Gouy相移不是产生depth的主要原因, 主要原因是样品及周围的环境的折射率与系统相干层析体积元内有效作用长度之间共同作用的结果。 而实验结果与模型定量分析的结果相吻合, 此实验帮我们找到了影响CARS图像样品周围depth的成因机制, 对于其他小尺寸样品的参量成像结果的分析具有一定的借鉴意义。 通过设计实验, 结合定量模型分析, 首次明确造成小尺寸样品CARS图像周围的depth的真正原因, 此抽象模型的拓展性对纳观参量过程的分析具有得天独厚的优势。 抽象出的主能量光线动态位移模型成功分析纳观成像结果表明, 相干作用长度之内有效作用长度及其行进路径的过程论的主因分析方法是研究纳观作用机制的最佳方法。
相干反斯托克斯拉曼散射 非线性光学 Gouy相移 CARS Nonlinear optics Gouy phase shift 光谱学与光谱分析
2021, 41(11): 3648
深圳大学光电工程学院, 光电子器件与系统(教育部／广东省)重点实验室, 广东 深圳 ５１８０６０
由于该成像系统采用的超连续谱光源, 可以满足所观测样品本源分子在0～4 000 cm-1内的所有拉曼振动活性模式同时共振增强, 在探测光的作用下, 同时产生宽带相干反斯托克斯拉曼散射信号。 然后, 根据不同的化学键进行光谱图像重构, 可以获得反映不同化学键在样品中的分布的图像。 对110 nm的纯的聚苯乙烯珠所形成的具有一定厚度的薄膜, 通过改变探测激光与超连续谱脉冲之间的时间重合度, 测量形成的相干反斯托克斯拉曼散射信号的时间分布迹线图, 通过其中的1 000 cm-1的化学键强度信号进行指数衰减曲线拟合, 得出具体的退相时间, 与文献中已报道的三色CARS的退相时间相比, 判断是否属于三色CARS。 为了检验系统在实际生物学成像中存在的问题, 我们开展了活体小鼠组织生物学应用成像实验, 对记录的数据在2 940 cm-1的CARS信号进行图像重构, 获得CH化学键在组织中的分布, 然后, 对重构图像直接使用小波变换的去噪方式进行图像去噪, 去噪后的图像具有比较清晰的轮廓, 结果表明, 对于对比度比较强的CARS共振信号, 直接使用小波变换的去噪方式就可以获得比较好的图像效果。 但是, 对于信噪比比较差的共振信号, 使用这种处理方法是不合适的, 需要使用别的方法, 先获取好的信号对比度, 再根据感兴趣的化学键进行图像重构, 然后, 再经过小波变换对图像去噪, 图像不仅会变得清晰平滑, 而且, 具有较好的视觉感官效果。
相干反斯托克斯拉曼散射 拉曼光谱 小波变换 Coherent anti-stokes Raman scattering Raman spectroscopy Wavelet transform
深圳大学光电工程学院, 光电子器件与系统(教育部/广东省)重点实验室, 广东 深圳518060
相干反斯托克斯拉曼散射是一种非线性四波混频效应, 但是通过探测共振信号不易进行物质成分的定量光谱分析。 本文利用单频相干反斯托克斯拉曼散射光谱分析法, 对不同体积比混合的乙醇溶液在远离双光子共振跃迁及其远离溶质与溶剂的特征拉曼共振态位置进行了光谱探测。 通过对实验结果进行分析发现, 在共振位置2 876 cm-1的信号强度随混合溶液中的乙醇的体积比增加而增加, 呈二次方关系。 而在远离共振态位置的非共振信号强度随混合溶液中乙醇的体积比增加而增加, 且呈线性关系, 进而说明了非共振信号强度随着分子数浓度N呈线性变化关系。 因此, 通过探测非共振信号强度与分子数浓度关系可以为混合物中特定成分的定量光谱分析提供一种研究途径。
四波混频 相干反斯托克斯拉曼散射 拉曼共振 非共振信号 Four-wave mixing Coherent anti-stokes Raman scattering Raman resonance Non-resonance signal 光谱学与光谱分析
2013, 33(6): 1477
深圳大学光电工程学院, 光电子器件与系统(教育部/广东省)重点实验室, 广东 深圳 518060
对时间分辨相干反斯托克斯拉曼散射(T-CARS)方法详细地进行理论分析, 搭建了时间分辨相干反斯托克斯拉曼散射实验系统, 从理论和实验上验证了T-CARS信号的强度与溶液浓度的关系。 以无水乙醇和蒸馏水的混合溶液作为样品, 测得在波数为2 927 cm-1 (C—H)处的信号强度随溶液浓度的变化关系。 结果表明, 当溶液浓度大于35%时, T-CARS信号强度与溶液浓度成平方关系;而当溶液浓度小于20%时, T-CARS信号强度与溶液浓度成线性关系, 实验结果与理论分析相吻合。 该结论纠正了以前人类对CARS过程的错误认识, 有助于人类对CARS过程的进一步了解和应用。 而在低浓度时的线性关系表明时间分辨CARS可对低浓度样品尤其是生物样品进行分子识别和线性定量探测, 这对分析生物样品和其它低浓度物质具有重要的应用价值。
线性 时间分辨 相干反斯托克斯拉曼散射 浓度 Linear Time-resolved Coherent anti-stokes Raman scattering Concentration 光谱学与光谱分析
2012, 32(12): 3372
