基于受激拉曼散射显微镜的高灵敏度无标记生物医学成像技术背景：因为各种化学键有其特征频率，使得基于红外吸收和拉曼散射的振动显微术可被用作为无标记对比度机制。然而使用长波长的红外显微镜的分辨率不够，使用短激发波长的自发拉曼散射显微镜尽管有高分辨率，但是其灵敏度不够，成像速度不足。相干反斯托克斯拉曼散射(coherent anti-Stokes Raman scattering,CARS)显微镜的灵敏度要高于自发拉曼散射显微镜，但是因为非共振背景的存在，限制了其探测灵敏度。受激拉曼散射(stimulated raman scattering,SRS)于1968年初次观测到，随后在许多光谱研究中得到广 ...
。反斯托克斯拉曼散射不存在荧光问题，因为与激发波长相比，反斯托克斯拉曼散射是蓝移的，因此在光谱中与荧光自然分离。当用可见光激发时，荧光本底问题更为严重。拉曼光谱中的强荧光信号直接影响拉曼测量的准确性和灵敏度。荧光和自发拉曼信号在波长维度上重叠，因此不能用简单的滤光片分离。幸运的是，它们在以下性质上有所不同，这是许多拉曼测量中荧光抑制方法的基础：1.荧光发射寿命(纳秒量级)远长于拉曼散射寿命(皮秒量级)。这一原理产生了各种时域方法，其中一个超快脉冲激光器用于激励，可应用于时域拉曼光谱系统，需要注意的是，激光脉冲不应该太短，因为小于1ps的脉冲不太单色，这会导致光谱分辨率的严重损失。超快光脉冲序列 ...
光脉冲、发射拉曼散射信号和发射荧光的时间轮廓。荧光过程包括激发、内部转换和发射三个重要步骤，每个步骤都发生在不同的时间尺度上。首先，入射光子激发荧光团分子的时间为飞秒(10-15秒)量级。其次，振动弛豫的无辐射内转换过程也非常快，在10-14 ~ 10-11 s之间。最后，荧光发射是一个缓慢的过程，大约发生在10-9-10-7 s左右。荧光寿命是指分子在发射荧光光子前处于激发态的平均时间。图1所示的指数衰减曲线说明了荧光发射时间的统计分布。单荧光团的荧光时间轮廓符合寿命常数τ的指数函数，而拉曼发射几乎与激发激光同时发生。由于拉曼信号比荧光信号的发射速度快得多，因此选择合适的时间门宽度，原则上可 ...
和反斯托克斯拉曼散射），拉曼散射光强度大约是总散射光强度的10-7 。正是这些波长改变了的拉曼散射光能够给我们提供有关样品的化学成分和结构信息.来自分子的散射光有几种成分：瑞利散射、斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射.在分子体系中，这些频率主要是位于分子转动、振动以及电子能级跃迁相关的范围内。散射光沿着所有方向辐射，伴随波长的变化，其偏振方向也有变化。1. 散射光频率不发生改变的散射过程称为瑞利散射，就是Lord Rayleigh用来解释天空之所以呈现为蓝色的那种过程。2. 散射光频率（波长）发生改变的散射过程称为拉曼散射，拉曼光子的能量与入射光子能量相比可以增大，也可以变小， 取决于分子的振动态。 ...
正常范围内的拉曼散射本质上是非相干的。但通过适当的调节(称为q开关)，红宝石激光器的发射可以在一个短的持续时间内(10-8秒的量级)和高的峰值功率(高达100兆瓦或更多)的单个“巨型脉冲”中获得。当如此强烈的相干光照射到样品上时，就会观察到全新的现象。正常拉曼效应的量子力学理论变得不充分。受激拉曼效应做同调拉曼散射时，试样同时受两雷射之照射，一作激发用(ωL)，一作监控用(ωS)，而拉曼散射之强弱可用ωS之增益为测度。这些现象通常被称为受激拉曼效应。在频率vo的大脉冲激励下，样品在一定的Stokes频率vo - v时产生增益，其中v是拉曼主动振动的频率。通常只有一个这样的频率是“活跃的”，即每 ...
干反斯托克斯拉曼散射显微镜已成为一种强大的技术，具有许多在生物医学成像、细胞生物学和医学领域的应用。如果泵浦源和斯托克斯场，分别以频率ωp和ωs与拉曼活性分子相互作用,以并且频率Ω=ωp-ωs发生共振，产生频率为ωAS=2ωp-ωs的谐振反斯托克斯信号。这个信号允许对未染色样品进行化学选择性成像。然而，这个信号也有不包含任何特定的化学信息的非共振信号的贡献。这种非共振背景强度取决于采样，非共振信号会使共振信号失真，甚至可以淹没谐振信号 。共振和非共振CARS响应起源于来自三阶磁化率。在外向方向上检测 CARS信号显着降低了非共振型号的贡献，因此提高了检测灵敏度。尽管如此，许多可以避免或消除CA ...
的斯托克斯-拉曼散射光子。拉曼光谱的校准是通过使用汞氖 (Hg-Ne) 校准源实现的。我们间隔不同培养时间分别从患癌组织和正常组织选取个别点获取拉曼信号。图1正常组织（a）和患癌组织（b）随培养时间变化的拉曼光谱 如上图显示了大鼠正常 (图 1.a) 和患癌 (图 1.b) 组织的拉曼光谱变化。值得注意的是，患癌组织的拉曼光谱的变化比正常乳房的拉曼光谱的变化要显著得多。例如，721 - 828 cm-1 的峰值在患癌组织中比正常组织增加更多。在该区域，存在被报道为乳腺癌或乳腺癌相关峰的727cm-1（C-C拉伸）、780cm-1（核苷酸）、811cm-1（核苷酸）、817cm-1（C-C拉伸 ...
联照明的相干拉曼散射显微镜,可以打破散粒噪声限制，提高信噪比、灵敏度和成像速度。在对细胞内部进行成像时，信噪比提高了 35%。结合亚波长分辨率和高灵敏度(提升14%)，可以看到原本会被散粒噪声掩埋的生物特征。利用量子关联可以避免光致损伤。消除了相干拉曼显微镜和更广泛的高性能显微镜进一步发展的根本障碍。原理解析：（1）借助压缩态光场的光学测量可以突破散粒噪声极限，通过明亮压缩光源与相干拉曼显微镜结合，可以实现突破散粒噪声限制的成像效果。显微镜采取倒置结构，集成了传统明场成像和量子增强受激拉曼成像(如图1a)。选用近红外波长减小生物样品的激光吸收和光损伤。图1a左为泵浦光生成部分，中为受激拉曼散射 ...
光子是由称为拉曼散射的非弹性散射过程产生的。虽然与瑞利散射光子相比，光子的数量相对较少，但这些光子的波长和强度携带有关特定化学键存在的定性和定量信息。在给定的拉曼光谱中，出现在特定波数位置的一组峰可以被描述为识别特定化学物质的“指纹”，同时，峰的高度可以与这种化学物质的浓度有关。多组分分析是拉曼光谱的应用之一。在过去的二十年里，许多研究小组提出了光学拉曼装置，专门设计来提高该技术测量多组分浓度的能力。这些系统是专门设计的，以减少整体方法的错误，这反过来允许增加所调查的混合物中分析物的数量，以及降低可测量的特定化学品的浓度限制。图1在这类的第1个实验中，使用如上图1所示的基本拉曼设置来定量水溶液 ...
系统在典型的拉曼散射中，一束光被聚焦到样品中。散射信号随后由聚光镜收集入分光仪，不同波长的拉曼峰被分光仪内的光栅在空间上分隔开。在时域中这些峰通常被认为是同时到达光谱仪。这种方法中拉曼信号通常被荧光辐射污染。通过对发射信号进行时间门控，可以将拉曼信号从荧光背景中分离出来:如果短脉冲光激发分子，拉曼信号在脉冲的脉宽范围内发射，而荧光的寿命更长。根据这个想法可得到无荧光的拉曼光谱。但是仪器变得更复杂，且由于通过门控系统和光谱仪不可避免的损耗，信号的幅值显著降低。此外通过光学元件，特别是光谱仪光栅的传输通常是偏振相关的。新的拉曼信号的采集和分析方法解决了这两个障碍:相对较弱的信号水平和不消失的荧光背 ...
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