使用锁相放大器的受激拉曼散射 (SRS)

受激拉曼散射（SRS）是一种广泛用于无标记化学成像的技术，它既应用于受激拉曼光谱，也应用于显微镜，并利用了…… 相干拉曼散射过程。虽然自发拉曼效应是一种弱散射过程，对于单个视场可能需要数小时的信号积分时间，但 SRS 等相干散射方法提供了一种非破坏性、无标记的技术。¹ 锁相放大器其中，高频锁相放大器在 SRS 显微镜中发挥着至关重要的作用，它通过执行相位敏感检测，从噪声背景中提取微弱的 SRS 信号。

受激拉曼散射 (SRS) 如何工作？

基本原则

受激拉曼散射（SRS）技术利用两束同步脉冲激光——泵浦光和斯托克斯光——相干地激发样品中分子的振动模式。当两束激光的频率差与目标样品的振动频率相匹配时，泵浦光会损失光子，这种现象被称为受激拉曼损耗（SRL），而斯托克斯光则会获得光子。泵浦光的强度损失极其微小，需要使用锁相放大器才能检测到。采用高频调制和相位敏感检测方案，并配合专用锁相放大器，可以帮助从噪声背景中提取这些信号。²

研究人员可以通过使用多仪器锁相放大器技术来进一步增强他们的装置，其中额外的激光器和锁相放大器可以同时对不同的光谱区域进行成像（图 1），这对于活细胞成像和其他时间敏感型实验特别有用。

图 1：小鼠脑组织样本在两种不同拉曼跃迁（2850 cm-1 脂质，左；2930 cm-1 蛋白质，右）下的双通道 SRS 同步成像²

锁相放大器的基本原理对于 SRS

锁相放大器特别适用于受激拉曼散射（SRS）技术，因为它允许科学家放大用于调制泵浦光或斯托克斯光的频率信号。这种方法提高了测量信号幅度和相位时的灵敏度，因为锁相放大器可以抑制其他频率的噪声，而双相锁相放大器则可以设置相位，使SRS信号落在其中一个输出端。用于SRS的锁相放大器还应包含数字滤波器，以滤除噪声并衰减不需要的信号，从而提高测量的信噪比。

有什么功能专门锁相放大器启用？

调制转移检测：在受激拉曼散射（SRS）显微镜中，其中一束激光（斯托克斯光或泵浦光）被高频调制。锁相放大器检测由于SRS过程而发生的调制转移到另一束激光上的变化，这对于观察微弱信号变化至关重要。
双通道检测：多仪器并行模式配置允许用户部署多个锁定放大器，从而无需额外硬件即可同时检测来自单独检测器的信号。这对于涉及多个拉曼位移的实验或使用不同振动模式的成像特别有用。
相位敏感检测：双相位解调有助于将 SRS 信号与非拉曼背景（如交叉相位调制、瞬态吸收和光热效应）分离，这些背景可能与 SRS 的相位不同。
信号增强：锁定放大器能够滤除不需要的频率并放大感兴趣的信号，即使它可能比背景噪声弱几个数量级。
实验灵活性：由于能够在内部或外部配置本地振荡器源，研究人员可以使锁定放大器适应各种实验设置和要求。例如，主要优点它基于可重构FPGA构建，使用户能够无缝部署多达15种其他软件定义仪器。在相同的硬件上.

利用锁相放大器建立SRS实验

如何将锁相放大器集成到 SRS 设置中

设置激光系统。对于受激拉曼散射（SRS），您需要两列同步脉冲。s （泵浦光束和斯托克斯光束）在空间和时间上与样品重叠。这些光束的能量差应与目标拉曼位移相匹配。
调制光束。您可以调制泵浦光束或斯托克斯光束。例如，如果您调制泵浦光束，受激拉曼散射 (SRS) 过程会引起斯托克斯光束的变化，在光电二极管之前对泵浦光进行光谱滤波后，即可检测到这种变化。这被称为受激拉曼增益 (SRG) 检测。
配置主要优点 in 多仪器并行模式，它允许您部署多个锁定放大器以同时进行检测。这对于 SRS 显微镜实验特别有用，因为您可能希望检测不同的拉曼位移或使用多个检测器。
优化检测。在 Moku 锁相放大器中，将调制频率设置为高于激光器强度噪声的频率，通常为几兆赫兹到大约 20 兆赫兹。将输入配置为交流耦合，并使用 50 欧姆阻抗以匹配快速光电二极管（图 2）。调整解调相位，使拉曼频移处的信号在 X 轴上达到最大值，Y 轴方向接近于零。设置时间常数以匹配像素驻留时间，并使用 18–24 dB/倍频程的斜率来抑制纹波，并检查每个像素内的输出是否稳定。
集成式监视器信号示波器并用……记录它们数据记录器.

图 2：Moku 锁相放大器的输入配置。

应用实例

华盛顿大学的 SRS 显微镜

研究人员在 University of Washington 使用 Moku:Pro 锁定放大器用于识别生物样本并对其进行成像。该技术对于提供光谱和空间信息的化学成像至关重要。了解更多开始.

波士顿大学 SRS 显微镜

波士顿大学的研究人员使用 Moku 锁相放大器 (LIA) 进行受激拉曼散射 (SRS) 显微实验。由于泵浦光束的强度损失极低，因此需要采用高频调制和相位敏感的检测方案才能从噪声背景中提取 SRS 信号。Moku:Lab 锁相放大器用于检测从斯托克斯光束到泵浦光束的调制传递，这对于 SRS 显微实验的成功至关重要。了解更多开始.

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