利用自同步双色光纤激光器实现高对比度、快速相干拉曼散射化学成像

摘要： 相干拉曼散射（CRS）显微镜因其具有化学特异性无标记对比度、高空间与光谱分辨率以及高灵敏度，被公认为解决生物医学问题的有力工具。然而，传统固态激光器存在环境敏感性强、体积庞大的缺陷，长期阻碍着CRS成像技术的临床转化。超快光纤激光器有望克服这些缺点，但由于既往实现方案存在高强度噪声、调谐范围窄和功率低等问题，导致图像质量差且成像速度慢，该技术尚未在CRS成像中得到充分应用。本研究展示了一种新型高功率自同步双色脉冲光纤激光器，在较宽波数范围（2700-3550 cm?1）内实现了卓越性能：强度稳定性提升50 dB、时间抖动仅24.3飞秒、平均功率波动小于0.5%、调制深度超过20 dB、脉宽变化小于1.8%。该激光源的多功能性首次实现了无需平衡探测方案等复杂降噪技术的高对比度快速CRS成像。本工作通过成像多种样本（如活体人类细胞和小鼠动脉组织），并利用二次谐波产生与双光子激发荧光对小鼠尾、肾和脑组织切片进行多模态非线性成像（同时提供多重光学对比机制，最大化生物可视化与医学诊断的信息获取量），验证了这些性能优势。本研究还建立了将现有激光器改造为同步双色激光器的通用方案，从而推动CRS成像技术的更广泛应用。