相干拉曼散射技術(shù)可以克服自發(fā)拉曼的局限性，它利用一系列光脈沖來建立和檢測(cè)激光聚焦內(nèi)分子系綜內(nèi)的振動(dòng)相干性帮寻。CRS利用兩個(gè)脈沖的組合乍狐，泵浦(ωp)和紅移斯托克斯(ωS)，在焦點(diǎn)誘導(dǎo)集體分子振蕩固逗。當(dāng)泵浦頻率與斯托克斯頻率之差匹配一個(gè)特征振動(dòng)頻率浅蚪，所有分子都被共振激發(fā)并同步振動(dòng)。相對(duì)于非相干SR過程烫罩，這種振動(dòng)相干增強(qiáng)了許多數(shù)量級(jí)的拉曼響應(yīng)惜傲。此外CRS信號(hào)以相干光束發(fā)射，沿滿足CRS過程相位匹配條件的方向傳播贝攒，且易于被探測(cè)器采集盗誊。
單頻CARS與SRS顯微系統(tǒng)
單頻CARS/SRS顯微鏡較具挑戰(zhàn)性的部分是激發(fā)源，它必須產(chǎn)生兩個(gè)同步的激光脈沖---泵浦和斯托克斯隘弊，需具有以下幾點(diǎn)特征：
1. 頻率失諧在500和
之間連續(xù)變化哈踱，以覆蓋所有相關(guān)的振動(dòng)躍遷。這意味著至少有一個(gè)泵浦/斯托克斯脈沖是廣泛可調(diào)的梨熙。例如开镣，假設(shè)一個(gè)固定的泵浦波長(zhǎng)為800納米，斯托克斯必須在835
和1110 nm 
咽扇。
2. 脈沖持續(xù)時(shí)間為1 - 2 ps邪财，對(duì)應(yīng)于變換限制脈沖的帶寬為
以這種方式匹配壓縮相中振動(dòng)躍遷的典型線寬陕壹。這種選擇優(yōu)化了峰值功率和光譜分辨率之間的權(quán)衡。較佳脈沖持續(xù)時(shí)間也可以取決于實(shí)驗(yàn)條件树埠，因?yàn)橐呀?jīng)表明糠馆，在某些情況下，
響應(yīng)是一個(gè)與時(shí)間相關(guān)的函數(shù)弥奸，因此信號(hào)可以對(duì)調(diào)制光束強(qiáng)度具有非線性依賴關(guān)系榨惠。
3. 近紅外波長(zhǎng)，從700到1200 nm盛霎，較大限度地減少光損傷，這通常是由于多光子吸收耽装，增加了組織穿透愤炸。
4. 高脈沖重復(fù)率，10 - 100 MHz量級(jí)掉奄，較大限度地提高采集速度规个，同時(shí)較小化像素停留時(shí)間。
5. 光功率大于每支100 mw姓建，用于補(bǔ)償傳輸路程中的損耗诞仓，同時(shí)達(dá)到生物樣品允許的較大平均功率水平，即700 nm時(shí)10 - 20 mw, 1000 nm時(shí)可達(dá)100 mw速兔。
上述特征的組合使得CRS顯微鏡在技術(shù)上比其他非線性顯微鏡技術(shù)要求更高墅拭，如雙光子激發(fā)熒光和二次諧波產(chǎn)生(SHG)顯微鏡，需要一個(gè)單一的激發(fā)光束涣狗。早期大多數(shù)CARS顯微鏡使用了兩個(gè)獨(dú)立的電子同步皮秒Ti:sapphire振蕩器谍婉，導(dǎo)致系統(tǒng)非常龐大和復(fù)雜。這很快就被目前單頻CRS顯微鏡中的“金標(biāo)準(zhǔn)”所取代镀钓，該標(biāo)準(zhǔn)由皮秒Nd:YVO4振蕩器同步泵浦光學(xué)參數(shù)振蕩器(OPO)組成穗熬，這種激光系統(tǒng)的復(fù)雜性促使人們進(jìn)行了密集的研究，旨在大幅減少占地面積和價(jià)格丁溅，同時(shí)提高可靠性唤蔗，其主要是通過光纖格式架構(gòu)。一類系統(tǒng)是基于飛秒Er:光纖振蕩器在1550 nm窟赏，播種一對(duì)摻鉺光纖放大器妓柜，其中一個(gè)是高度非線性光纖。通過對(duì)厚SHG晶體中的兩個(gè)脈沖序列進(jìn)行頻率倍增和頻譜壓縮饰序，可以合成775 nm的皮秒固定頻率泵浦脈沖和850-1080 nm范圍內(nèi)的可調(diào)諧皮秒斯托克斯脈沖领虹。該配置已經(jīng)升級(jí)，通過Yb:fiber或Tm:fiber放大來增強(qiáng)Stokes臂的功率求豫。替代方案依賴于皮秒Yb:光纖振蕩器與基于光纖的三階光參量放大器(OPA)或OPO的組合塌衰，或直接泵送OPA的高功率飛秒Yb振蕩器诉稍。
圖1
單頻CARS和SRS在概念上非常相似，從一種技術(shù)切換到另一種技術(shù)只需要對(duì)光激發(fā)路徑和檢測(cè)鏈進(jìn)行微小的修改最疆。然而杯巨，SRS技術(shù)對(duì)激光源的額外要求是高頻低強(qiáng)度噪聲，這是檢測(cè)小差分信號(hào)所必需的努酸。圖1顯示了用于傳輸檢測(cè)的CARS/SRS顯微鏡的實(shí)驗(yàn)設(shè)置服爷，通常用于細(xì)胞或薄組織切片;對(duì)于后向檢測(cè)，用于厚組織获诈，只使用一個(gè)物鏡仍源，通過分束器檢測(cè)信號(hào)。泵浦脈沖和斯托克斯脈沖由延遲線同步舔涎，由二色鏡共線組合笼踩，通過掃描單元后由顯微鏡物鏡聚焦在樣品上，透射光由一個(gè)相似的物鏡收集亡嫌。對(duì)于CARS嚎于，一系列短通和缺口濾波器選擇反斯托克斯光，這是用光電倍增管測(cè)量挟冠。對(duì)于SRS于购，將高頻調(diào)制器插入到泵浦光束(用于SRG檢測(cè))或斯托克斯光束(用于SRL檢測(cè))上，并將由長(zhǎng)通(短通)和陷波濾波器序列選擇的斯托克斯(泵浦)發(fā)送到光電二極管和鎖相放大器知染，后者同步解調(diào)并測(cè)量SRG (SRL)肋僧。原則上考慮到結(jié)構(gòu)的相似性，CARS和SRS信號(hào)可以在同一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置上檢測(cè)到持舆，甚至可以同時(shí)檢測(cè)到色瘩。
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