相干反斯托克斯拉曼显微镜是一款采用CARS光谱和拉曼显微镜结合的CARS显微镜,整套系统截成了扫描CARS显微镜,拉曼扫描共聚焦显微镜和传统扫描共聚焦激光显微镜。
相干反斯托克斯拉曼显微镜具有5通道，可同时高速测量：
F-CARS
E-CARS和拉曼
反射激光辐射
透射激光辐射
冷光激光辐射
相干反斯托克斯拉曼CARS优点
高灵敏度：相干反斯托克斯拉曼CARS比拉曼显微镜产生更为密集而直接的信号
反斯托克斯CARS信号频率超过泵浦波长频率，没有斯托克斯发光问题
斯托克斯CARS仅仅在聚焦视野中激发强度大时出现，使用非共聚焦小孔还能具有高空间分辨率成像，还可以进行3D 逐层扫描，且相邻两层的影响做到小。
斯托克斯CARS系列的光谱分辨率仅仅由泵浦激光的线宽决定，非常方便测量
斯托克斯CARS信号正比于分子浓度平方，可用于定量测量样品中的化学物质浓度
对于生命科学而言，CARS是一种非接触式的安全的技术，可直接探测活细胞分子而不需要荧光标记
CARS与拉曼对比
空间分辨率
| CARS | XYZ < 0.7 μм |
| Raman | XY < 300 nm Z < 700 nm |
宽光谱范围:
| CARS | 985 – 5000 cm-1 |
| Raman | 75 – 6000 cm-1 |
高光谱分辨率
| CARS | 7 – 8 cm-1 |
| Raman | 0.25 cm-1 |
同时多功能分析
CARS信号高速成像
共聚焦拉曼成像
共聚焦荧光成像包括双光子或多光子发射
反射激光的共聚焦成像
透射激光的高对比度成像
二倍频激光可用于可视化表面形貌
图2：3D CARS image of liquid crystal 8CB structure on resonant frequency 2236 cm-1
可测量F-CARS, E-CARS或P-CARS
5个独立通道可用于同时探测4个2D或3D图像
F-CARS:CARS信号向前方向
E-CARS&Raman:CARS信号向后/拉曼信号
反射：反射激光信号
透射：透过激光信号
发光：透过激光信号
激发和探测的偏振控制
CARS型号激发
另外有633nm激光用于单光子荧光激发和自发拉曼散射
计算机控制，自动开关
图3：Multimodal CARS/TPEF image of growing cancer cells HeLa: DNA/RNA/Proteins/Lipids colored
3个扫描模式
激光束在样品表面XY扫描
样品在XY在动位移载物台上运动
XY扫描器和自动位移台
相干反斯托克斯拉曼显微镜可在全波长范围提供校准精度高达+/-0.002nm，内置了校准灯泡提供参考线,可自动校准单色仪和摄谱仪。
相干反斯托克斯拉曼显微镜软件部分
在线控制系统参数
全自动模式：测量模式自动转换，可选择激发波长，选择激发波长偏振，选择光栅，选择中心波长
共聚焦2D成像和3D成像：扫描，加速和数据存储
CARS成像，拉曼成像和发光光谱
不同光谱校准方法
2D/3D成像数据
图像处理功能：图像校正，公制统计，数字滤波，图像大小改变和旋转
光谱处理功能：背景滤除，数学操作包括增加，扣除，除，乘等
扫描模式：点扫描，XY扫描，XZ,YZ,XYZ扫描
扫描技术：
扫描振镜：2D高速成像
扫描振镜+Z轴压电扫描：3D高速成像
自动位移台：2D成像
自动位移台+Z轴压电扫描：3D成像
扫描振镜+自动位移台：2D全景成像
扫描振镜+自动位移台+压电Z轴扫描器：3D全景成像
相干反斯托克斯拉曼显微镜应用
纳米生物学：高分辨率实时而非侵入式分析细胞和活细胞
微纳米材料研究：半导体，液晶，制药等微结构和材质研究
图4：Selective imaging of MIA-PaCa pancreatic human cancer cell for resonance 2845 cm -1 C-H bound (C-H aliphatic stretch). Selective lipids visualization.
图5：3D image of a cell
References:
Dr. A. V. Kachynski, The Institute for Lasers, Photonics,and Bio-photonics,
State University of New York at Buffalo
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