CARS激发源中的快速调谐和光谱聚焦研究

摘要

相干反斯托克斯拉曼散射（Coherent anti-Stokes Raman scattering，CARS）显微成像是一种无标记的生物成像技术，具有非入侵性、高灵敏度和三维成像能力，在生命科学研究领域有很好的应用前景。但传统的基于钛宝石固体激光器的空间光CARS系统体积庞大、稳定性差，不但价格昂贵而且需要专人维护。为了克服这些不足，本文针对光纤CARS激发源的斯托克斯光脉冲的快速调谐技术、啁啾脉冲光谱压缩技术进行了以下研究：
　　（1）基于光纤CARS的基本理论，对CARS激发源系统进行整体设计。确定斯托克斯光脉冲的快速电调谐方法，对系统各个部分的功能及参数选型进行分析，对系统搭建过程中的注意事项进行详细讨论。
　　（2）进行了斯托克斯光脉冲的快速调谐理论研究，模拟计算了阈值电压和液晶层厚度等液晶参数对调谐响应时间的影响，光子晶体光纤参数和注入光脉冲峰值功率对斯托克斯光脉冲的中心波长调谐范围、光谱宽度的影响。得到在2m长的光子晶体光纤注入峰值功率为2.7kW时可探测波数达3509cm-1。
　　（3）搭建光纤飞秒CARS激发源系统，并对斯托克斯光脉冲的调谐响应时间进行实验研究，研究注入光子晶体光纤光脉冲峰值功率对斯托克斯光脉冲的影响。实验结果表明波长切换时间可达0.165ms，对1.98m长的光子晶体光纤注入峰值功率范围为0.108～2.517kW的光脉冲时，基阶孤子中心波长调谐范围为807-1064nm，理论可探测波数范围为432～3422cm-1。通过对长度为3m的光子晶体光纤实验研究，得到在光子晶体光纤长度增加后高阶孤子的出现及其对基阶孤子频移量有制约影响的结果。
　　（4）通过实验研究实现了普通单模光纤和光子晶体光纤的熔接损耗为0.917dB、光子晶体光纤与多模光纤熔接损耗为2.712dB。通过多模光纤级联单模光纤的方法对泵浦光脉冲和斯托克斯光脉冲进行啁啾光谱聚焦，研究光纤参数对输出脉冲的光谱宽度、脉冲宽度和中心波长的影响。在较好的谱型基础上得到光谱压缩比为29，理论光谱分辨率可以达到4.92cm-1。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 CARS显微成像技术研究进展

1.2 基于光子晶体光纤的波长调谐技术

1.3光谱聚焦技术

1.4本文研究的内容

第2章 光纤CARS激发源的基本理论

2.1 CARS显微理论

2.2 光纤飞秒激光器

2.3光子晶体光纤

2.4光纤CARS激发源系统

2.5本章小结

第3章 CARS激发源斯托克斯光的快速波长调谐研究

3.1基于液晶延迟的波长调谐方法研究

3.2 PCF参数对斯托克斯光脉冲的调谐影响

3.3光脉冲的峰值功率对斯托克斯光脉冲的调谐影响

3.4斯托克斯光波长调谐测试与分析

3.5光纤延迟装置分析

3.6 本章小结

第4章CARS激发源的光谱聚焦研究

4.1基于光纤的光谱聚焦

4.2泵浦光脉冲的光谱聚焦

4.3斯托克斯光脉冲的光谱聚焦

4.4 光脉冲中心波长波动范围分析

4.5本章小结

第5章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢