ES2628128T3 - Dispositivo y método para la detección Raman estimulada - Google Patents

Abstract

Dispositivo para detectar una señal óptica no lineal resonante del tipo de Dispersión Raman Estimulada (SRS) inducida en una muestra, comprendiendo el dispositivo: - medios electro-ópticos para hacer interactuar en la muestra, a una primera frecuencia de modulación, trenes de impulsos luminosos (14, 12) de pulsaciones ω1 y ω2 y, a una segunda frecuencia de modulación, trenes de impulsos luminosos (12, 16) de pulsaciones ω2 y ω3, tales que ω2 - ω1 >= ω3 - ω2>= ΩR, donde ΩR es una pulsación de resonancia vibratoria molecular de la muestra; - medios para la detección síncrona (70, 80), a las frecuencias de modulación primera y segunda, de señales ópticas no lineales resultantes de la interacción de los impulsos de luz en la muestra; - medios de tratamiento electrónico (80) que permiten obtener, a partir de señales electrónicas resultantes de la detección síncrona, una señal caracteristica de la resonancia vibratoria molecular de la muestra.

Description

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DESCRIPCION

Dispositivo y metodo para la deteccion Raman estimulada Campo tecnico de la invencion

La presente invencion se refiere a un dispositivo y un metodo para detectar una senal optica resonante, no lineal, del tipo de dispersion o difusion Raman estimulada (SRS) en una muestra. Se aplica en particular a la formacion de imagenes microscopicas, espectroscopfa y la formacion de imagenes hiperespectrales en dispersion medios de difusion tales como los medios biologicos.

Estado de la tecnica

Todos los enlaces qmmicos tienen frecuencias de vibracion que les son inherentes. Se llaman tecnicas opticas de vibracion de los metodos que tienen como objetivo utilizar la interaccion luz/materia para obtener informaciones sobre estas vibraciones moleculares. La mas conocida de estas tecnicas es la espectroscopfa de infrarrojos (IR) para observar las lmeas de absorcion espedficas de los enlaces qmmicos presentes en una muestra. Descubierta en 1928, la difusion Raman (por el nombre del ffsico Chandrasekhara Venkata Raman, que descubrio el efecto) hace que sea posible el uso de luz visible para acceder al espectro de vibracion de moleculas que interaction con un haz de luz. En un proceso de dispersion Raman, una bomba wp ondas de impulso incidente en una molecula es inelasticamente dispersada en una denominada onda de Stokes de impulso ws y una denominada onda anti-Stokes de impulso was. La diferencia de frecuencias entre las ondas generadas y la longitud de onda de la bomba depende de la transicion Raman molecular (de impulso Qr) de tal forma que wp-ws=was-wp=Qr. En una vista fotonica del proceso, las ondas Stokes y anti-Stokes corresponden a una absorcion a partir respectivamente del nivel de vibracion fundamental o excitado. El proceso de generacion de la onda anti-Stokes, a partir del nivel de vibracion excitado, es mucho menos probable que el proceso de creacion de la onda de Stokes, que es la unica observada en la practica en la espectroscopia Raman espontanea. Un estudio detallado de la distribucion espectral de las ondas Stokes informa sobre las densidades de los enlaces qmmicos presentes en la muestra. Este proceso espontaneo de dispersion inelastica es muy poco eficiente en comparacion con la fluorescencia (las secciones eficaces Raman son del orden de 10-30 cm2 / molecula, en comparacion con la seccion eficaz de absorcion a un foton de un fluoroforo, que alcanza 10'16 cm2 / molecula).

Las tecnicas estimuladas de Raman, CARS (por Coherent Anti-Stokes Raman Scattering) y SRS (por Stimulated Raman Scattering) son procesos de dispersion Raman coherente que ofrecen, con respecto al proceso de dispersion Raman espontanea, una ganancia de alrededor de 107. En estas tecnicas (vease la Figura 1A), dos impulsos de laser de pulsaciones Wp y ws (o de frecuencias Vp y Vs), cuya diferencia de pulsaciones se hace igual a la pulsacion Qr del nivel vibratorio que se quiere abordar, son enviados al medio que se ha de analizar. Estos impulsos, denotados respectivamente bomba y Stokes, crean un batido de frecuencia que hace posible entrar en resonancia el modo de vibracion de pulsacion Qr. En el proceso CARS, esta resonancia es sondeada por el haz bomba que induce la dispersion anti-Stokes en la pulsacion was. La dispersion Raman estimulada (SRS) es un proceso que resulta de la excitacion de la respuesta no lineal debida a la interaccion del campo no lineal inducida por los campos bomba y Stokes con el campo de excitacion (bomba) y por lo tanto se observa, a diferencia del proceso CARS, a las mismas frecuencias que los impulsos bomba y Stokes. Esto se traduce en una transferencia de energfa desde el haz bomba hacia el haz Stokes. Por lo tanto, la dispersion Raman estimulada cubre ambos procesos, el proceso de RLS (por Stimulated Raman Loss) y proceso de SRG (por Stimulated Raman Gain) que inducen respectivamente una perdida de intensidad AIsrl en el haz bomba y una ganancia de intensidad AIsig en el haz de Stokes (vease la Figura 1B). El proceso de SRS se describe por ejemplo en el artfculo de la revista de N. Bloembergen ( "El efecto Raman estimulado," American Journal of Physics, 35:989-1023, 1967). Se muestra que el agotamiento de intensidad AIsrl del haz bomba y la ganancia en intensidad AIsrg del haz de Stokes son proporcionales a la parte imaginaria de la susceptibilidad no lineal de orden 3 (Im (xr(3))). La medicion de estas cantidades permite remontar rigurosamente hasta el espectro Raman. Recientemente, las tecnicas opticas de vibracion estan mas concentradas en las tecnologfas SRS que, a diferencia de las tecnicas CARS, no estan sujetas a un fondo no resonante siempre presente en CARS y son lineales con la concentracion de las especies qmmicas.

La microscopfa SRS es una nueva tecnica que ha aprovechado los ultimos avances en el campo de la espectroscopia SRS en regimen femtosegundo. En el ano 2007, Ploetz et al. ("Femtosecond Stimulated Raman Microscopy", Applied Physics B, 87(3):389-393, 2007), desarrollaron el primer microscopio SRS sobre la base de un sistema de laser amplificado que suministra impulsos de femtosegundo y picosegundo. Este tipo de sistema induce una fuerte senal de SRS, pero sin embargo no esta adaptado para la formacion de imagenes biologicas. En efecto, los fuertes picos de potencia implicados (del orden del nJ) danan las muestras, y las tasas de repeticion bajas (1 kHz) son incompatibles con la microscopfa de barrido rapido.

Por lo tanto, se ha propuesto (veanse, por ejemplo los artfculos de C. W. Freudiger et al. : « Label-free biomedical imaging with high sensivility by stimulated Raman scattering microscopy » ("Formacion de magenes biomedicas sin etiquetas con alta sensibilidad por microscopfa de dispersion Raman estimulada", Science, 322(5909): 1857-1861, 2008, P. Nandakumar et al. : « Vibrational imaging based on stimulated raman scattering microscopy» ("Formacion vibracional de imagen basada en microscopfa de dispersion Raman estimulada", New Journal of Physics,

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11(3):033026 (9pp), 2009, Y. Ozeki et al. : «Analysis and experimental assessment of the sensivility of stimulated Raman scattering microscopy» ("Analisis y evaluacion experimental de la sensibilidad de la microscopfa de dispersion de Raman estimulada"), Optics Express, 17(5):3651 a 3658, marzo de 2009, un microscopio SRS basado en el uso de un sistema laser de picosegundos con alta tasa de repeticion (80 MHz), compatible con la formacion de la imagenes de muestras biologicas. En microscopfa CARS, la senal util, es decir la senal anti-Stokes, se genera a una frecuencia diferente de los haces excitadores. Esto puede ser detectado por detectores altamente sensibles, tales como fotodiodos de avalancha o tubos fotomultiplicadores. En microscopfa SRS, la problematica de deteccion es diferente, ya que la senal util se genera en la misma frecuencia que los haces de excitacion. Se trata entonces de detectar la perdida de energfa del haz de bomba AIsrl o, indiferentemente, la ganancia de energfa del haz de Stokes AI srg. En la practica, la perdida de energfa del haz de la bomba es del orden de AIsrl/Ip ~ 10 -10 . En los artmulos mencionados anteriormente, se propone modular la senal de Stokes a una frecuencia fm y extraer la perdida de la senal de bomba a la frecuencia fm por una deteccion smcrona para ganar en sensibilidad de deteccion.

La Figura 2 muestra asf un diagrama de un microscopio de SRS de acuerdo con la tecnica anterior en configuracion SRG, es decir, en una configuracion adecuada para la extraccion de la ganancia del haz de Stokes. Trenes de impulsos bomba y Stokes, referenciados 102, 104 en la Figura 2, respectivamente a los impulsos Wp y ws, se envfan sobre una muestra S colocada en el foco de un objetivo de microscopio 122 dispuesto en el cuerpo de un microscopio 120. Los impulsos Wpy ws se eligen de manera que la diferencia de los impulsos sea igual a una pulsacion Qr del nivel vibratorio que se quiere abordar en la muestra. Los trenes de impulsos bomba y Stokes se superponen espacialmente por medio de un combinador 114, y una lmea de retardo ajustable (no mostrada) esta prevista para asegurar la superposicion temporal de los impulsos de la muestra. El tren de impulsos bomba 102 es modulado en amplitud a la frecuencia de modulacion fm por medio de un dispositivo de modulacion 112 para formar un tren de impulsos modulado 106. Para reducir el ruido electronico y el ruido del laser, la frecuencia de modulacion se elige para que sea mayor que 1 MHz. En la Figura 2, las curvas 101 y 103 por lo tanto representan, respectivamente, la variacion en el tiempo de las intensidades de luz Ip e Is de los trenes de impulsos bomba modulado 106 y Stokes 104 (no modulado). Un objetivo colector 124 se utiliza para recoger las senales opticas que resultan de la interaccion de los impulsos bomba y Stokes en la muestra. En la configuracion elegida, un filtro 126 permite seleccionar el tren de impulsos 108 a la pulsacion ws que se envfa a continuacion a un detector optico 128, por ejemplo un fotodiodo. La intensidad optica medida en funcion del tiempo esta representada esquematicamente en la curva 107. Una deteccion smcrona 130 a la frecuencia de modulacion fm permite extraer la senal buscada AI srg, caractenstica de la vibracion molecular en la pulsacion Qr. Una exploracion de los haces excitadores 104, 106 en la muestra, por ejemplo por medio de un sistema de exploracion o barrido 116 que comprende dos espejos galvanometricos, permite a continuacion hacer una imagen de la zona de interes de la muestra.

La microscopfa SRS esta sin embargo sujeta a un cierto numero de aberraciones que limitan la especificidad qmmica porque introducen senales que pueden ser interpretadas como la senal SRS. En particular, la microscopfa de SRS es sensible al efecto Kerr cruzado (o XPM, por "Cross Phase de Modulation"), no especffico de los enlaces qmmicos objetivo y que aparece como un desplazamiento positivo o negativo en la senal SRS. La microscopfa SRS tambien es sensible a la absorcion de dos fotones cruzados (o TPA, por "Two Photons Absorption") que aparece como una desviacion positiva (en configuracion SRL) o negativa (configuracion GIS) en la senal SRS.

La absorcion de dos fotones cruzados es un proceso instantaneo no lineal que induce (en configuracion SRG tal como se muestra en la Figura 2) un agotamiento del haz de Stokes solo cuando el haz bomba esta presente. Las modulaciones inducidas en el haz de Stokes son asf detectadas e interpretadas como la senal SRS. En un modo SRG de deteccion, el agotamiento del haz de Stokes por TPA aparece como un desplazamiento negativo con respecto a la medicion de la ganancia de RGS. En un modo SRL de deteccion, el agotamiento del haz bomba por TPA aparece como un desplazamiento positivo frente a la medida de perdida SRL.

El efecto Kerr optico es un proceso no lineal (instantaneo), que induce un cambio en el mdice de refraccion proporcional a la intensidad de la onda que lo genera y se traduce en un efecto de lente que causa el enfoque o desenfoque de haz que lo genera. En microscopfa SRS, el efecto Kerr, que pone en juego unicamente la bomba, o solo fotones Stokes, no es molesto. En efecto, por ejemplo en la configuracion SRG (como se muestra en la Figura 2), el efecto Kerr, que pone en juego unicamente fotones bomba, induce una variacion que no se percibe mas que por el haz bomba; o no se detecta este ultimo, por lo que su enfoque no influye en la medicion. El efecto Kerr que implica solo fotones Stokes induce una variacion que no es percibida por el haz de Stokes; al no estar este modulado, el enfoque y el cambio de energfa inducida en el detector son constantes en el tiempo y por lo tanto no influyen en la medida de SRS a la frecuencia de modulacion fm. Por contra, en la configuracion de SRG por ejemplo, se observa una variacion del mdice de refraccion a la pulsacion us del haz de Stokes, inducida por el haz bomba Wp; es el efecto Kerr cruzado el que provoca en este caso el enfoque o el desenfoque del haz de Stokes con la misma modulacion que la de la senal SRS medida. Esto se traduce en un desplazamiento de la medicion. Para reducir la influencia del efecto Kerr cruzado, es importante no introducir diafragma durante la recogida del haz de medicion (bomba en SRL, Stokes en SRG) despues de su interaccion con la muestra. Para esto, se conoce el uso de un objetivo colector cuya abertura numerica es mayor que la del objetivo de excitacion.

Puestos en practica en los medios de dispersion, especialmente los tejidos biologicos, estas aberraciones son exaltadas y gravan el uso de la microscopfa SRS para realizar un seguimiento de los enlaces vibracionales con

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secciones eficaces Raman debiles. En efecto, incluso en el caso de la utilizacion de una lente objetivo colectora con una abertura numerica mayor que la de la lente objetivo de excitacion, la difusion conducira a una diafragmacion por la lente objetivo de recogida que va a exacerbar la influencia de las aberraciones, particularmente el efecto Kerr cruzado.

Las figuras 3B y 3D ilustran los espectros obtenidos por micro-espectroscopia CARS, SRS y Raman en las diferentes regiones espectrales, en un tejido formado de piel humana cuyo espectro Raman se muestra en la Figura 3A. El espectro que se muestra en la Figura 3A, tomado del artmulo de Huang et al. (Optics Express, 19, 23 (2011)) destaca tres regiones espectrales de interes para la formacion de imagenes Raman. Una region llamada de los "lfpidos y protemas", correspondiente a impulsos entre 2750 cm-1 y 3050 cm-1 y que tiene vibraciones moleculares de alta intensidad, una region denominada de las "amidas", correspondiente a impulsos entre 1350 cm-1 y 1750 cm-1 y una region llamada de las "huellas dactilares", correspondiente a impulsos entre 850 cm-1 y 1150 cm-1. Las figuras 3B a 3D representan respectivamente medidas de espectros realizadas por micro-espectroscopia CARS, SRS y Raman en cada una de estas regiones. En las regiones donde la intensidad de las vibraciones moleculares es alta (Figura 3B), se verifica una buena adecuacion de la medicion SRS 203 con el espectro Raman 201, mientras que la medicion CARS 202 tiene un desplazamiento vinculado al fondo continuo no resonante. El efecto del fondo continuo no resonante sobre la medicion CARS es tambien visible en las otras dos regiones (curvas 212 y 222 de las Figuras 3C y 3D). Por otra parte, se observo la aparicion de un desplazamiento (fondo continuo) en la medicion SRS en las regiones en las que la intensidad de las vibraciones moleculares es menor. Por lo tanto, las curvas resultantes de las medidas de SRS (213 y 223 en las figuras 3C y 3D) se solaparan mas con los espectros Raman (211 y 221). Estas curvas experimentales ilustran la influencia de las aberraciones en la medicion SRS, particularmente en las regiones donde la intensidad de las vibraciones moleculares es baja.

La solicitud de patente EP2211219 da a conocer la deteccion de una senal de Dispersion Raman Estimulada, en la que la muestra se ilumina con fases alternas por medio de trenes de impulsos que excitan, respectivamente, una molecula diana y una molecula de interferencia. La senal de la molecula de interferencia puede de este modo ser eliminada por sustraccion.

La presente invencion propone un metodo original de deteccion de una senal optica no lineal, resonante, de tipo SRS, inducida en una muestra, lo que permite incrementar la senal util buscada SRS y suprimir las aberraciones, particularmente las que resultan del efecto Kerr cruzado, incluidas en las muestras formadas de medios biologicos dispersantes.

Compendio de la invencion

De acuerdo con un primer aspecto, la invencion se refiere a un dispositivo para la deteccion de una senal optica no lineal, resonante, del tipo de Dispersion Raman Estimulada (SRS), inducida en una muestra. El dispositivo comprende:

• medios electro-opticos para hacer interactuar en la muestra, a una primera frecuencia de modulacion, trenes de impulsos luminosos de pulsaciones W1 y W2y, a una segunda frecuencia de modulacion, trenes de impulsos luminosos de pulsaciones W2y W3, tales que W2 - W1 = W3- W2 = Qr, donde Qr es una pulsacion (o frecuencia angular) de resonancia vibracional molecular de la muestra,

• medios de deteccion smcrona a las primera y segunda frecuencias de modulacion de las senales opticas no lineales que resultan de la interaccion de los impulsos de luz en la muestra,

• medios de tratamiento electronico que permiten, a partir de senales electronicas resultantes de la deteccion smcrona, obtener una senal caracteristica de la resonancia vibracional molecular de la muestra.

Por tanto, este nuevo dispositivo pone en practica tres haces excitadores, en tres longitudes de onda predeterminadas, cuyas interacciones de dos en dos en la muestra a las primera y segunda frecuencias de modulacion permiten generar a la vez un proceso de SRL y un proceso de sRg, sirviendo el haz de longitud de onda intermedia alternativamente como haz bomba o como haz de Stokes en cada proceso. Las frecuencias de modulacion pueden ser identicas o diferentes, de acuerdo con realizaciones alternativas. En ambos casos, una deteccion smcrona a la o a las frecuencias de modulacion en las senales opticas no lineales resultantes de las interacciones en los dos procesos, permite eliminar las aberraciones y duplicar la senal util SRS.

Los medios para hacer interactuar en la muestra los trenes de impulsos comprenden ventajosamente medios para enfocar los trenes de impulsos en un volumen de enfoque comun, que permiten obtener suficientes densidades de energfa en la muestra para generar los efectos opticos no lineales.

El dispositivo descrito puede estar, al menos parcialmente, provisto de fibras. La solicitante ha demostrado que el metodo de deteccion puesto en practica tambien permitio liberarse de las aberraciones debidas a los efectos no lineales generados en la fibra.

Una aplicacion de tal dispositivo es la formacion de imagenes vibracional Raman, y en particular de imagenes

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microscopicas. El dispositivo puede comprender entonces medios para el desplazamiento relativo de este volumen de enfoque en la muestra para llevar a cabo formacion de imagenes.

Otra aplicacion del dispositivo descrito es la espectroscopia Raman. El dispositivo puede comprender por ejemplo medios para variar las pulsaciones wi y w3 de los trenes de impulsos que interaction en la muestra, permitiendo hacer variar la pulsacion de resonancia vibracional molecular Qr de la muestra que se desea estudiar.

Una aplicacion del dispositivo descrito es el de formacion de imagenes hiperespectrales Raman, que permite la realizacion de imagenes SRS de la muestra a diferentes pulsaciones de resonancia vibracional molecular Q.

En la formacion de imagenes o en la espectroscopia, los medios de deteccion srncrona comprenden medios de deteccion opticos senales opticas no lineales que resultan de la interaccion de los trenes de impulsos en la muestra, pudiendo la deteccion optica realizarse en un modo de deteccion antes ( o "forward") en un modo de deteccion posterior (o "epi") o en un modo de deteccion endoscopica, en particular para el estudio de las vibraciones moleculares en capas profundas de una muestra biologica.

Segun una primera variante del dispositivo descrito, una modulacion de amplitud se realiza en al menos uno de los trenes de impulsos.

En un primer ejemplo de realizacion, los medios electro-opticos comprenden una fuente de emision de trenes de impulsos a las pulsaciones wi, W2y W3, y medios para la modulacion en amplitud de los trenes de impulsos a las pulsaciones wi y W3, respectivamente a las primera y segunda frecuencias de modulacion.

Por ejemplo, los trenes de impulsos a las pulsaciones wi y W3 son modulados en amplitud a la misma frecuencia de modulacion, pero en oposicion de fase. En este caso, los trenes de impulsos luminosos de pulsaciones wi y W2, por una parte, y los trenes de impulsos luminosos de pulsaciones w2 y w3, por otra parte, interaction de una manera alterna en la muestra a la frecuencia de modulacion. Los medios de deteccion srncrona comprenden por ejemplo un detector optico de impulsos procedentes de la muestra a la pulsacion w2 y una deteccion srncrona, analogica o digital, de la senal electrica procedente del detector optico a la frecuencia de modulacion. La senal procedente de la deteccion srncrona es caractenstica de la resonancia vibracional molecular de la muestra. Los medios de tratamiento electronicos utilizados permiten extraer esta senal para su explotacion.

Alternativamente, trenes de impulsos a la pulsaciones wi y w3 estan modulados en amplitud a dos frecuencias de modulacion ditintas no multiplos una de otra. En este caso, una deteccion sincronica de los impulsos procedentes de la muestra a la pulsacion w2 se lleva a cabo a cada una de las frecuencias de modulacion. Las senales procedentes de la deteccion srncrona se procesan para extraer la senal caractenstica de la resonancia vibracional molecular de la muestra.

En un segundo ejemplo de forma de realizacion, las primera y segunda frecuencias de modulacion son identicas, y los medios electro-opticos comprenden una fuente de emision de trenes de impulsos a las pulsaciones de emision wi, w2y w3,y medios para la modulacion en amplitud del tren de impulsos a la pulsacion w2 a la frecuencia de modulacion. En este caso, una deteccion srncrona a la frecuencia de modulacion se lleva a cabo por impulsos procedentes de la muestra a la pusacion wi, por una parte, y los impulsos procedentes de la muestra a la pulsacion w3, por otra parte. Las senales procedentes de cada una de las detecciones srncronas se procesan para extraer la senal caractenstica de la resonancia vibracional molecular de la muestra.

De acuerdo con una segunda variante del dispositivo descrito, una lrnea de retardo se inserta en la trayectoria de al menos uno de los trenes de impulsos y se realiza una modulacion del retardo de tiempo entre los trenes de impulsos.

Mas precisamente, las primera y segunda frecuencias de modulacion son identicas, los medios electro-opticos pueden comprender una fuente de emision de trenes de impulsos a las pulsaciones wi, w2 y w3 y al menos una lrnea de retardo que permite generar entre los trenes de impulssos a las pulsaciones wi y w3 y los trenes de impulsos a la pulsacion w2, un retardo de tiempo modulado a la frecuencia de modulacion. En este caso, como en el caso de los trenes de impulsos modulados en amplitud en oposicion de fase, los trenes de impulsos luminosos de pulsaciones wi y w2, por una parte, y los trenes de impulsos luminosos de pulsaciones w2 y w3, por otra parte, interaction en la muestra de una manera alterna a la frecuencia de modulacion.

Ya sea en la primera variante (modulacion de amplitud) o en la segunda variante (modulacion del retardo de tiempo), los impulsos pueden ser, por ejemplo impulsos de picosegundos finos espectralmente de pulsaciones centradas en las pulsaciones wi y w2y w3, o, segun una variante impulsos en deriva de frecuencia ( "derivados") de pulsaciones centradas en las pulsaciones wi y w2 y w3.

En el caso de impulsos de picosegundos, los trenes de impulsos son emitidos, por ejemplo, por una fuente de laser de picosegundos que comprende un laser maestro emisor de los trenes de impulsos de pulsacion w2 y un laser OPO emisor de los trenes de impulsos de pulsacion wi (Idler) y w3 (Signal).

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En el caso de impulsos con deriva de frecuencia, los trenes de impulsos son obtenidos, por ejemplo, por una fuente de laser de femtosegundo que comprende un laser maestro y un OPO, siendo extendidos los impulsos por un alargador temporal.

En el caso de impulsos con deriva de frecuencia, la fuente de emision puede comprender ademas una lmea de retardo que permita generar la misma diferencia de tiempo entre los impulsos a las pulsaciones wi y W2, por una parte, y los impulsos a las pulsaciones W2y W3, por otra parte, permitiendo la variacion del desplazamiento de tiempo sondear las frecuencias de resonancia de vibracion molecular de la muestra.

En la segunda variante del dispositivo descrito (la modulacion del retardo de tiempo), la fuente de emision puede comprender un generador de trenes de impulsos con deriva de frecuencia centrados en la pulsacion W2, una lamina separadora dicroica que perite separar, por una parte, los impulsos centrados en la pulsacion W2 y, por otra parte, los impulsos centrados respectivamente en las pulsaciones wi y W3. Un retardo de tiempo modulado con la frecuencia de modulacion puede introducirse entonces, como se ha descrito anteriormente, entre los trenes de impulsos a las pulsaciones wi y W3 y los trenes de impulsos a la pulsacion W2.

De acuerdo con un segundo aspecto, la invencion se refiere a un metodo para detectar una senal optica no lineal, resonante, del tipo de Dispersion Raman Estimulada (SRS), inducida en una muestra, llevado a cabo por el dispositivo descrito en el primer aspecto y el conjunto de sus variantes o ejemplos de realizacion.

Breve descripcion de los dibujos

Otras ventajas y caractensticas de la invencion apareceran con la lectura de la descripcion, ilustrada por las figuras siguientes:

Las figuras 1A y 1B (ya descritas), muestran el principio de dispersion Raman estimulada (SRS);

La figura 2 (ya descrita), es un equema de un microscopio de SRS de acuerdo con la tecnica anterior;

Las figuras 3A a 3D (ya descritas), muestran un ejemplo de espectro Raman de una muestra de tejido humano (piel) y mediciones comparativas de los espectros obtenidos por micro-espectroscopia CARS, y Raman sRs de acuerdo con la tecnica anterior, en tres regiones espectrales de interes ;

Figura 4 es un ejemplo de realizacion de un dispositivo de deteccion de SRS de acuerdo con un primer ejemplo de una primera variante de la presente invencion (modulacion de amplitud);

Las figuras 5A a 5C, son una ilustracion esquematica de las interacciones en la muestra, de acuerdo con la primera variante;

La figura 6 es una tabla que ilustra las senales detectadas (senales SRS y aberraciones) en la implementacion ejemplar del dispositivo mostrado en la Figura 4;

Las figuras 7A a 7D son diagramas que ilustran variaciones del dispositivo mostrado en la figura 4, respectivamente en modos de deteccion delantero, trasero, delantero con fibras y segun el modo de deteccion endoscopica.

Las figuras 8A a 8C son diagramas que muestran segundos resultados experimentales obtenidos con una muestra difusora, utilizando un dispositivo tal como el mostrado en la Figura 4;

Las figuras 9A a 9F son diagramas que muestran segundos resultados experimentales obtenidos con una muestra de dispersion, utilizando un dispositivo tal como el mostrado en la Figura 4;

Las figuras 10A a 10C son diagramas que muestran terceros resultados experimentales obtenidos con una muestra formada de un tejido biologico, utilizando un dispositivo tal como el mostrado en la Figura 4;

Las figuras 11A y 11B, son otros dos ejemplos de dispositivo que ilustran variantes de la presente invencion;

Las figuras 12A y 12B, muestran tablas que ilustran las senales detectadas (senales SRS y aberraciones) en los ejemplos de implementacion de los dispositivos descritos, respectivamente, en las figuras 11A y 11B;

La figura 13 es un ejemplo de realizacion de un dispositivo de deteccion SRS de acuerdo con otra variante de la presente invencion (modulacion del retardo de tiempo);

Las figuras 14A-14C, son una ilustracion esquematica de las interacciones en la muestra, de acuerdo con la variante representada en la Figura 13;

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La figura 15 es una tabla que ilustra las senales detectadas (senales SRS y aberraciones) en el ejemplo de la aplicacion del dispositivo descrito en la Figura 13;

Las Figuras 16A, 16B son diagramas que ilustran un ejemplo de realizacion de una fuente de trenes de impulsos extendida espectralmente;

Las Figuras 17A a 17C son una ilustracion esquematica de las interacciones en la muestra, segun una primera variante (modulacion de amplitud), con impulsos espectralmente extendidos;

Las figuras 18A-18C son una ilustracion esquematica de las interacciones en la muestra, segun una segunda variante (modulacion del retardo de tiempo), con impulsos espectralmente extendidos;

Las figuras 19A-19C son una ilustracion esquematica de las interacciones en la muestra, de acuerdo con la segunda variante (modulacion del retardo de tiempo), con impulsos espectralmente extendidos y una variacion del retardo de tiempo;

La figura 20 muestra otro ejemplo de realizacion de un dispositivo de deteccion SRS de acuerdo con una variante de la presente invencion (la modulacion del retardo de tiempo) con impulsos espectralmente extendidos;

Las figuras 21A-21C son una ilustracion esquematica de las interacciones en la muestra, en el ejemplo de la Figura 20.

Descripcion detallada

En las figuras, los elementos identicos se indican mediante las mismas referencias.

La figura 4 muestra un ejemplo de un dispositivo para detectar una senal resonante optica, no lineal, SRS, de acuerdo con una variante de la presente invencion, que pone en practica una modulacion de amplitud.

El dispositivo de deteccion 10 comprende una fuente de emision 20 de trenes de impulsos centrados en las pulsaciones W1, W2 y W3, tales que W2 - W1 = W3- W2 = Qr, donde Qr es una frecuencia de resonancia de vibracion molecular que se desea analizar en una muestra S. Los impulsos son, por ejemplo, impulsos de picosegundos, de finura espectral de unos pocos cm-1, o pueden ser impulsos en deriva de frecuencia, como se describira en mas detalle mas adelante. Tfpicamente, los trenes de impulsos incluyen, por ejemplo, impulsos de unos pocos picosegundos, emitidos a tasas de varias decenas de MHz, por ejemplo de aproximadamente 80 MHz, durante un penodo del orden del microsegundo.

Segun una variante, la fuente de emision 20 comprende un sistema de laser constituido por un laser maestro 24 que emite trenes de impulsos 12 a la pulsacion W2y por un laser OPO (u Oscilador Parametrico Optico) 22 que recibe impulsos 11 del laser maestro duplicados en frecuencia y adaptados a la generacion parametrica de la Signal y del Idler dentro del OPO. De ello resultan trenes de impulsos 14 y 16 a las pulsaciones a w-i y W3 sintonizables, que corresponden respectivamente a Idler y Signal. El haz "Laser" 12 directamente emitido por el laser maestro 24 y los haces "Idler" 14 y "Signal" 16 emitidos por el laser OPO 22 podnan ser explotados directamente para la formacion de imagenes SRS acuerdo con la presente descripcion; en efecto, el mecanismo de generacion parametrica del OPO es tal que la pulsacion de los impulsos Laser (W2), Signal (W3) e Idler (W1) cumplen la condicion de W2 - W1 = W3- W2 = Q, donde Q se puede seleccionar a la pulsacion Qr de interes actuando sobre el ajuste de OPO. Por lo tanto, al ser la longitud de onda de los impulsos 12 de aproximadamente 1064 nm, la longitud de onda de los impulsos 13 duplicados en frecuencia es de aproximadamente 532 nm, y las longitudes de onda de impulsos Idler y Signal son sintonizables respectivamente entre aproximadamente 1150 y 2450 nm y aproximadamente entre 690 y 990 nm. Cuando los tres trenes de impulsos 14, 12, 16 a las pulsaciones W1, W2 y W3 interactuan en la muestra, el haz Signal cumple la funcion de bomba en la interaccion de los impulsos de Laser/Signal, mientras que el haz Laser actua como el haz de Stokes y el haz Idler actua como Stokes en la interaccion de los impulsos de Laser/Idler, mientras que el haz Laser actua como la bomba.

En el ejemplo de la Figura 4, en cada una de las vfas Signal e Idler, una lmea de retardo (respectivamente 56 y 54) hace que sea posible sincronizar temporalmente los tres trenes de impulsos con el fin de garantizar solapamiento temporal en la muestra.

En el ejemplo de la figura 4, una modulacion de amplitud se realiza en cada uno de los trenes de impulsos Signal e Idler, a la misma frecuencia de modulacion, pero en oposicion de fase, permitiendo hacer interactuar en la muestra alternativamente los trenes de impulsos de luz de las pulsaciones W1 y W2y los trenes de impulsos de luz de las pulsaciones W2y W3, a la frecuencia de modulacion. En otras palabras, durante un penodo de tiempo dado T solamente los impulsos a las pulsaciones W1 y W2 interactuan,y durante el siguiente penodo de tiempo, solo los impulsos a las pulsaciones W2y W3 interactuan, estando, el periodo T dado por la inversa de la frecuencia de modulacion. Los trenes de impulsos Signal e Idler son, por ejemplo, los dos modulados por un modulador acustico- optico (respectivamente 36, 34). La senal de modulacion del modulador acustico-optico 36 que tiene una frecuencia

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fi, ventajosamente mayor que 1 MHz, tipicamente entre 1 y 40 MHz, es suministrada por un generador de baja frecuencia 30. La senal de modulacion del modulador acustico-optico 34 con la misma frecuencia fi proviene de la misma fuente, pero es desplazada en fase por medio de un generador electronico de retardo 32 con el fin de que los trenes de impulsos Signal e Idler sean modulados en oposicion de fase.

Los trenes de impulsos modulados en oposicion de fase 15 y 17 (respectivamente a las pulsaciones wi y W3) se combinan con el tren de pulsos de Laser a la pulsacion W2 por ejemplo por medio de espejos dicroicos 64, 66 y se enfocan despues en un volumen de enfoque comun en la muestra S por medio de una lente objetivo de microscopio 42, por ejemplo un objetivo de microscopio de abertura numerica ON = 0,45, acromatico en el dominio proximo al infrarrojo (700-1300~nm). Un objetivo 44 de mayor apertura numerica, por ejemplo ON = 0,60, permite recoger los trenes de impulsos procedentes de la muestra sin pasarlos por el diafragma. El tren de impulsos 18 a la pulsacion W2 procedente de la muestra es a continuacion filtrado por un filtro de interferencia optico 48 y luego detectado, por ejemplo, por un fotodiodo 70 sensible a 1064 nm. La senal de modulacion se detecta entonces mediante un detector smcrono 80 y la senal de la deteccion smcrona es conformada por los medios de procesamiento 90. Los medios de deteccion smcrona pueden comprender, por ejemplo, una deteccion smcrona analogica a la frecuencia de modulacion f|. Alternativamente, la deteccion sincronica de la senal puede llevarse a cabo digitalmente por tratamiento digital de las senales que resultan directamente de la deteccion optica. Ventajosamente, en cada una de las vfas Signal e Idler, un telescopio (no mostrado) con un aumento 1 permite ajustar la divergencia de los haces Signal e Idler para optimizar su superposicion espacial al foco del objetivo. Un telescopio 69, por ejemplo de aumento 3, permite alargar el diametro de los haces de excitacion para llenar completamente la pupila trasera del objetivo. En este caso, la abertura numerica de excitacion digital es la indicada por el fabricante de lentes. Por ejemplo, los haces Signal e Idler son excitados de acuerdo con su modo fundamental TEM00 para que los campos electrico y magnetico sean ambos perpendiculares a la direccion de propagacion de estas senales; los tres haces Laser, Signal e Idler son, por ejemplo, polarizados de manera rectilmea, con la misma direccion de polarizacion, lo que permite la optimizacion de la senal en un medio homogeneo.

Segun una variante, una platina motorizada 46 permite desplazar la muestra en relacion con el volumen de enfoque comun de trenes de impulsos para formar una imagen de la muestra por una aplicacion del dispositivo a la formacion de imagenes SRS. Los objetivos de enfoque y de recogida, asf como la platina 46, estan, por ejemplo, dispuestos en un cuerpo del microscopio 40. Alternativamente, un sistema de exploracion de los haces de excitacion se puede utilizar para mover el volumen de enfoque en la muestra. En el ejemplo de aplicacion a la formacion de imagenes SRS, los medios de procesamiento 90 permiten tambien extraer la senal caractenstica buscada como una funcion de la posicion en la muestra para generar una imagen.

Para una aplicacion del dispositivo a la espectroscopia o a la formacion de imagenes hiperespectrales, tambien es posible hacer variar las pulsaciones W1 y W3 de Idler y de Signal, permitiendo sondear la senal SRS de acuerdo con la frecuencia vibracional molecular Q. Los medios de procesamiento 90 permiten entonces extraer la senal caractenstica buscada en funcion de la frecuencia de vibracion molecular Q para formar un espectro.

Las figuras 5A a 5C y 6 ilustran el principio de un metodo de deteccion de acuerdo con una variante de la presente descripcion, puesto en practica, por ejemplo, por medio del dispositivo mostrado en la Figura 4, y que sera denominad metodo SRGOLD en el resto de la descripcion, por « Stimulated Raman Gain Opposite Loss Detection »

La figura 5A ilustra el estado denominado "estado a" en el que se superponen durante el penodo de tiempo T impulsos a la pulsacion u>2 e impulsos a la pulsacion W1. Segun este ejemplo, los impulsos son impulsos cortos, por ejemplo, impulsos de picosegundos, tipicamente infriores a 100 picosegundos. La figura 5B ilustra el estado denominado « estado b », en el que se superponen durante el mismo penodo de tiempo T, pero alternando con el estado a, impulsos a la pulsacion W2e impulsos a la pulsacion W3. Se considera en este ejemplo que la diferencia de las pulsaciones W2 - w y W3 - W2 es igual a Qr, donde Qr es una pulsacion de resonancia de un modo de vibracion molecular de la muestra. Gracias al metodo implementado por el dispositivo mostrado en la Figura 4, los estados a y b se alternan en la muestra a la frecuencia de modulacion fi, como se ilustra en la Figura 5C.

La Figura 6 ilustra los mecanismos ffsicos puestos en juego al interactuar trenes de impulsos a las pulsaciones W3 y W2 en la muestra ( "estado b" columna 301 : "SRG"), durante la interaccion de los trenes de impulsos a las pulsaciones W1 y W2 (columna 302 : "SRL"), durante la interaccion de los trenes de impulsos a las pulsaciones W1 y W2 desfasadas en 180° en relacion con el estado b ( "estado a", columna 303 : "SROL") y la deteccion puesta en practica (columna 304 : "SRGOLD").

Se considera en un primer tiempo (columna 301) la interaccion entre el tren de impulsos Laser no modulado (12, Figura 4), la intensidad del cual se muestra esquematicamente en funcion del tiempo en la curva 310, con el tren de impulsos a la pulsacion W3, modulado en amplitud a la frecuencia de modulacion f1 (17, figura 4) cuya intensidad se muestra esquematicamente como una funcion del tiempo en la curva 312. En estos diagramas, solo la envolvente del tren de impulsos esta representada. En esta interaccion, los impulsos a la pulsacion u>3 (Signal) juegan el papel de bomba, mientras que los impulsos Laser a la pulsacion W2 juegan el papel de Stokes. Estos ultimos experimentan despues de la interaccion en la muestra una ganancia de energfa (sRg) por parte de los impulsos de

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Stokes, que se muestra esquematicamente en la curva 314 por la variacion de la intensidad AIsrg. Las curvas 316 y 318 ilustran los efectos de las aberraciones debidas respectivamente a efecto Kerr cruzado y la absorcion de 2 fotones. Se supone en este ejemplo que el efecto Kerr cruzado se traduce en un efecto de enfoque que entrana una ganancia de intensidad de los impulsos Laser, modulada a la frecuencia de modulacion fi. La absorcion de 2 fotones se taduce en una perdida de intensidad de los impulsos Laser a la frecuencia de modulacion fi.

Entonces se considera (columna 302) la interaccion entre el tren de impulsos Laser no modulado, cuya intensidad se muestra esquematicamente como una funcion del tiempo en la curva 320, con un tren de impulsos a la pulsacion wi, de amplitud modulada a la frecuencia de modulacion fi y la intensidad del cual se muestra esquematicamente como una funcion del tiempo en la curva 322. En esta interaccion, los impulsos a la pulsacion wi (Idler) actuan como Stokes, mientras que los impulsos Laser a la pulsacion W2juegan el papel de bomba. Esto ultimos experimentan, por lo tanto despues de la interaccion en la muestra una perdida de energfa (SRL) esquematizada en la curva 324 por la variacion de la intensidad AIsrl. Las curvas 326 y 328 ilustran los efectos de aberraciones debidas respectivamente al efecto Kerr cruzado y a la absorcion de 2 fotones. Si los impulsos a la pulsacion W3 inducen en los impulsos Laser un efecto Kerr cruzado que de lugar a un efecto de enfoque (curva 316), los impulsos a la pulsacion wi tambien dan lugar a un efecto de enfoque de los impulsos Laser causando una ganancia de intensidad de los mismos, modulados a la frecuencia de modulacion fi (curva 326). La absorcion de 2 fotones se traduce, como anteriormente, en una perdida de intensidad de los impulsos Laser a la frecuencia de modulacion fi (curva 328). Por lo tanto, se constata que cuando los trenes impulsos a pulsacion wi y W3 estan modulados en amplitud, en fase, las aberraciones inducidas tambien estan en fase, mientras que las modulaciones SRL y SRG estan en oposicion de fase (comparacion de las curvas 314 y 324).

Supongase ahora que el tren de impulsos Laser a la pulsacion W2 (curva 330, columna 303) interactua con el tren de impulsos a la pulsacion wi, de amplitud modulada en oposicion de fase con relacion a la modulacion del tren de impulsos a la pulsacion w3 (curva 332, columna 303). En este caso, la mdulacion SRL de los trenes de impulsos Laser (curva 334) esta en fase con la modulacion SRG (curva 314), mientras que las aberraciones inducidas por los trenes de impulsos a la pulsacion wi (curvas 336, 338) estan en oposicion de fase con las inducidas por los trenes de impulsos a la pulsacion w3 (curvas 316, 318). El metodo descrito segun la presente variante, llamado SRGOLD, por "Stimulated Raman Gain Opposite Loss Detection", consiste por tanto en modular en amplitud los trenes de impulsos a las pulsaciones wi y w3 en oposicion de fase (curvas 342, columna 304) y en detectar las modulaciones inducidas en el tren de impulsos Laser no modulado (curva 340) por deteccion smcrona a la frecuencia de modulacion. En estas condiciones, las aberraciones, en oposicion de fase, se compensan (veanse las curvas 346, 348 de la columna 304) y desaparecen durante la deteccion smcrona. Ademas, las senales de SRL y SRG estan en fase y se suman en la deteccion sincronica (curva 344) de acuerdo con la expresion: AIsruold ~ ATsrg + AIsrol

= AIsrg + AISrl x cas(180°)

Despreciando el cromatismo y suponiendo que las intensidades de excitacion son equivalentes (intensidad de los impulsos a la pulsacion wi incidentes en la muestra identica a la intensidad de los impulsos a la pulsacion w3), Se deduce:

AIsrgold * 2AIsrg

El dispositivo de deteccion 10 que se muestra en la Figura 4 incluye medios delanteros de deteccion optica (o "forward", segun la expresion anglo-sajona) y la propagacion de los haces excitadores en el dispositivo se lleva a cabo en el espacio libre. Las figuras 7A a 7D muestran esquematicamente diferentes alternativas del dispositivo de deteccion mostrado en la Figura 4. Las representaciones son parciales, estando reprresentados solo los elementos utiles para la comprension.

La figura 7A muestra un dispositivo de deteccion similar al de la figura 4. Por simplicidad, sin embargo, no todos los elementos han sido representados. En particular, el bloque 36 representa el modulo para la modulacion de amplitud a la frecuencia de modulacion fi de los trenes de impulsos a la pulsacion wi y bloque 34 representa el modulo para la modulacion de amplitud en la frecuencia de modulacion fi de los trenes de impulsos a la pulsacion w3, en oposicion de fase con la modulacion de trenes de impulsos a la pulsacion wi. En lo que sigue de la descripcion, se indica "- fi " la modulacion a la frecuencia fi en oposicion de fase.

La figura 7B ilustra, segun una representacion fragmentaria, una variante del dispositivo mostrado en la Figura 7A, en la que la deteccion optica se lleva a cabo en el modo trasero (o "epi"). En esta configuracion, la lente objetivo de enfoque 42 tambien actua como objetivo colector, siendo la senal detectada la senal retrodispersada por la muestra. Los medios de deteccion optica pueden comprender, de acuerdo con esta variante, ademas del detector rapido 70, una placa dicroica semi-reflectante 65 para reflejar los trenes de impulsos a la pulsacion w2. Gracias al metodo de deteccion de acuerdo con la presente descripcion, los efectos de las aberraciones, resultantes principalmente de la absorcion de 2 fotones y del efecto Kerr optico cruzado que induce un efecto de diafragmacion modulado al nivel del objetivo 42, que actua como objetivo de coleccion la senal SRS, se eliminan como se explico anteriormente, cuando se multiplica la senal util SRS.

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La Figura 7C ilustra, segun una representacion fragmentaria, una variante del dispositivo mostrado en la figura 7A, en la que la propagacion de los haces excitadores 12, 15, 17 es hecha en modo de fibra, al menos parcialmente. En las aplicaciones en microscopfa optica, por ejemplo, se investiga una propagacion por fibra optica de los haces luminosos que se propagan en el dispositivo, en particular por problemas de espacio y facilidad de ajuste de los componentes opticos. En el ejemplo mostrado en la Figura 7c, la propagacion de los haces excitadores se realiza por medio de una fibra optica 60 situada aguas arriba del objetivo de enfoque 42. La fibra optica es, por ejemplo, una fibra de modo unico. Los objetivos 61 y 63 permiten, respectivamente, acoplar los haces excitadores a la entrada y a la salida de la fibras. El metodo de deteccion descrito en este documento permite entonces no solo limitar los efectos de las aberraciones que resultan de las interacciones de los haces excitadores en la muestra, como se describio anteriormente, sino tambien limitar posibles aberraciones de medicion resultantes de los efectos no lineales en la fibra optica 60. Debido, en efecto,a que las intensidades de luz se propagan en la fibra, efectos no lineales de tipo mezcla degenerada de cuatro ondas o efecto Kerr cruzado pueden ocurrir en la propia fibra y originar por las mismas razones que las explicadas anteriormente un agotamiento de los impulsos Laser a la frecuencia de modulacion f-i, generando de este modo una aberracion de medicion. Modulando los trenes de impulsos a las pulsaciones W1 y W3 a la misma frecuencia, pero en oposicion de fase, y llevando a cabo una deteccion smcrona de la senal a la pulsacion W2,tambien se evitan las aberraciones generadas por efectos no lineales en la fibra.

La Figura 7D ilustra, segun una representacion fragmentaria, una variante del dispositivo mostrado en la figura 7A, en la que la propagacion de los haces excitadores 12, 15, 17 es realizada, al menos parcialmente, en el modo de fibra, y se lleva a cabo la deteccion optica de acuerdo con un modo de deteccion endoscopica. La muestra S corresponde aqrn, por ejemplo, a capas profundas de un medio biologico. La deteccion se hace en modo trasero (o epi). La senal optica no lineal de interes a la pulsacion W2, retrodispersada por la muestra, se transmite despues de pasar a traves de la fibra optica 60, por medio de un espejo dicroico, al detector rapido 70. En este modo de deteccion, ademas de la diafragmacion por el objetivo 42, que actua como el objetivo colector de la senal SRS, la senal puede tambien ser diafragmada por la fibra optica 60. El metodo segun este documento elimina aberraciones, incluyendo las resultantes de la diafragmacion por la fibra optica.

Las figuras 8A a 8C muestran los primeros resultados experimentales para validar el metodo de deteccion llevado a cabo con un dispositivo como se muestra en la Figura 4 en muestras no dispersantes.

La figura 8A muestra tres espectros obtenidos con una cuba de clorobenceno, realizados entre 960 y 1120 cm-1. Para poner de relieve los efectos de las aberraciones debidas al efecto Kerr cruzado, un diafragma esta dispuesto aguas arriba del detector, cerrado de tal manera que corta 50% de la intensidad de los impulsos Laser a la pulsacion W2. Las curvas 501, 502, 503 representan los espectros realizados, respectivamente, de conformidad con los modos SRG, SROL y SRGOLD, tales como se describen en en relacion con la Figura 6. Mas espedficamente, la curva en modo SRG se obtiene cortando el tren de impulsos a la pulsacion W1, la curva en modo SROL se obtiene cortando el tren de impulsos a la pulsacion W3y la curva en modo SRGOLD se obtiene mediante la interaccion en la cuba de lfquido de los trenes de impulsos a las pulsaciones W1, W2, W3, estando los trenes de impulsos a las pulsaciones W1, W3 modulados en amplitud, en oposicion de fase. Para estos experimentos, la potencia optica media del tren de impulsos Laser, medida despues del combinador 66 (Figura 4), se ha fijado en 90 mW, las potencias opticas medias de los trenes de impulsos a las pulsaciones W1, W3 se fijan en 50 mW de modo que el efecto Kerr cruzado generado por la pulsacion W1 y considerado como principal componente de las aberraciones, compensa exactamente el efecto Kerr cruzado generado por los impulsos a la pulsacion W3. Este ajuste se puede realizar mediante la cancelacion de la senal de SRGOLD fuera resonancias, por ejemplo en Q = 960 cm-1. Se observa en la curva 501 que el espectro SRG, obtenido por deteccion smcrona a la frecuencia f de la senal SRS resultante de la interaccion entre el tren de impulsos Laser (W2) y el tren de impulsos Signal (W3) modulado en amplitud a la frecuencia f1, esta parasitado por un desplazamiento negativo correspondiente al efecto Kerr cruzado, traduciendose aqrn el efecto Kerr en un efecto de desenfoque del haz de Laser. Como se esperaba, el espectro SROL (curva 502), obtenido por deteccion smcrona a la frecuencia f1 de la senal SRS resultante de la interaccion entre el tren de impulsos Laser (W2) y el tren de impulsos Idler (W1) modulado en amplitud a la frecuencia f pero en oposicion de fase, tiene un desplazamiento debido al efecto Kerr cruzado de signo opuesto al observado en la configuracion SRG. En modo SRGOLD (curva 503), la deteccion smcrona a la frecuencia f de la senal Laser permite eliminar el efecto de las aberraciones debidas al efecto Kerr cruzado que son de signos opuestos y se compensan en toda la gama espectral. Estos experimentos confirman que con el metodo SRGOLD descrito de este modo, es posible eliminar completamente el efecto Kerr cruzado en un medio homogeneo.

La figura 8C muestra una validacion en formacion de imagenes del metodo SRGOLD descrito anteriormente. Para estos experimentos, una serie de imagenes se realiza en la resonancia (Q = 1003 cm-1) y fuera de la resonancia (Q = 930 cm-1) en una muestra tal como la ilustrada en la Figura 8B y que comprende bolas de poliestireno 413 de 20 pm de diametro, sumergidas en un lfquido de mdice 411 que tiene un mdice de refraccion 1,54 entre dos laminas de vidrio 410, 412. El experimento se realizo, como anteriormente, con un diafragma posicionado aguas arriba del detector y parcialmente cerrado con el fin de maximizar la deteccion del efecto Kerr cruzado. La potencia optica media del tren de impulsos Laser es de aproximadamente 160 mW, y la del tren de impulsos Signal (pulsacion W3) es de aproximadamente 70 mW. Las aberraciones se reducen al mmimo en el lfquido mediante el ajuste de la

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potencia optica media del tren de impulsos Idler (pulsacion wi) de aproximadamente 30 mW. La figura 8C representa, respectivamente, imagenes de una bola de poliestireno a la resonancia en el modo SRG (511), SROL (512), SRGOLD (513), en comparacion con la imagen del haz Laser no modulado (514). La figura 8C muestra estas mismas imagenes fuera de resonancia (imagenes 521-524, respectivamente). La imagen "Laser" es una imagen de referencia que permite evaluar el ruido y que se obtiene cortando los trenes de impulsos a las pulsaciones W1, W3. A resonancia y fuera de resonancia, las mediciones SRG y SROL hacen claramente aparecer la presencia de aberraciones, de signos opuestos. En la resonancia, en la imagen SRGOLD, la contribucion del lfquido desaparece y la senal SRS de la bola es mas intensa que en las imagenes SRG y SROL (suma de las dos contribuciones). Fuera de resonancia, se constata que las aberraciones se redujeron significativamente en comparacion con las imagenes SRG y SROL. La contribucion del lfquido ha desaparecido por completo. Solo un leve residuo de la aberracion (<10% con respecto a las aberraciones de la imagen SRG) se mide en la bola.

Las figuras 9A a 9D ilustran los resultados experimentales obtenidos con una muestra dispersante, las caractensticas de la cual estan mas cerca de un tejido biologico.

La figura 9A representa la muestra, identica a la de la figura 8B, pero en la que un difusor 414 se ha dispuesto, por ejemplo una hoja de cinta adhesiva colocada encima de la cuba que contiene las bolas de poliestireno sumergidas en el lfquido de mdice. No esta presente esta vez ningun diafragma en el dispositivo y la abertura numerica del objetivo colector 44 se elige mayor que la del objetivo de enfoque 42. Las imagenes 505 y 506 (Figura 9B) representan las imagenes del haz Laser al nivel de la pupila trasera del bjetivo de recogida, respectivamente, en ausencia del difusor y en presencia del difusor. El cmculo punteado blanco define el tamano de la pupila del objetivo. En ausencia del difusor, el haz Laser no esta diafragmado porque la abertura numerica colectora es mayor que la de excitacion. En contraste, la presencia del difusor amplfa el espectro angular del haz Laser en la salida de la muestra. La pupila del objetivo colector juega el papel de un diafragma. Una parte de la energfa (aproximadamente 12,5%) de este modo se bloquea. Las figuras 9C y 9D muestran, respectivamente, imagenes de una bola de poliestireno en resonancia (531 a 534) y fuera de resonancia (541 a 544) para las configuraciones SRG, SROL, SRGOLD y Laser. Para obtener estas imagenes, las potencias son alrededor de 50 mW (Laser), 50mW (Idler) y 60 mW (Signal). La escala de colores esta adaptada para resaltar las aberraciones. Las imagenes SRG (531, 541) y SROL (532, 542) muestran la deteccion del efecto Kerr cruzado debido a la difusion de la muestra. Al igual que en los experimentos anteriores, se constata que en las imagenes SRGOLD (533, 543), la contribucion del lfquido ha desaparecido y que la de la bola fuera de resonancia se ha reducido considerablemente.

Se observa que la lmea Raman estudiada aqrn (Q = 1003 cm-1) es extremadamente intensa en comparacion con las aberraciones. La figura 9F muestra una serie de imagenes de 50 x 50 micras realizadas en la misma muestra dispersante que anteriormente, a Q = 1034 cm-1 (imagenes 551-554) y a Q = 1041 cm-1 (imagenes 561-564). Esta ultima frecuencia esta ligeramente desplazada con respecto al maximo de la lmea Raman a 1034 cm-1 (vease el espectro Raman 510 del poliestireno que se muestra en la Figura 9E) y se utiliza para simular el caso de una lmea Raman de intensidad comparable a las aberraciones. Para esta frecuencia, el contraste de las bolas de poliestireno sobre las imagenes SRG y SROL imagenes (561, 562) es pequeno, ya que la medicion esta dominada por el efecto Kerr cruzado. Por el contrario, la imagen SRGOLD (563) permite aportar un buen contraste de las bolas debido a que las aberraciones se reducen y la senal SRS es aproximadamente dos veces mas fuerte que en las imagenes SRG o SROL. Se observa que las diferentes imagenes estan sujetas al mismo ruido producido por el rayo Laser y por el ruido electronico.

Las figuras 10A a 10C muestran los primeros resultados obtenidos con el metodo descrito SRGOLD, de acuerdo con la presente variante, sobre los tejidos biologicos. El tejido biologico esta formado de piel de raton (corte de 20 micras de espesor). La Figura 10A muestra una imagen de luz blanca de la zona estudiada. La compensacion de aberraciones se realizo fuera de resonancia (1550 cm-1) en el punto indicado por 0 sobre la imagen de luz blanca. Este punto se eligio arbitrariamente. Las potencias opticas medias son de aproximadamente 33 mW (Laser), 40 mW (Idler), 86 mW (Signal). La Figura 10B muestra los espectros de SRG (911, 921), SROL (912, 922), SRGOLD (913, 923) y la referencia Laser (914, 924) en la gama espectral de las amidas (1350-1700 cm-1) medidas respectivamente en los puntos 1 y 2 indicados sobre la imagen de luz blanca. En ambos casos, las medidas de SRG y SROL son de signos opuestos a las frecuencias fuera de resonancia (alrededor de 1550 cm-1), lo que confirma la presencia de aberraciones. En los espectros SRGOLD, es reducida la influencia de los aberraciones.

La figura 10C muestra imagenes efectuadas en resonancia de las amidas II (1450 cm-1) y fuera de resonancia (1550 cm-1) para las diferentes configuraciones, SRG, SROL, SRGOLD, Laser (curvas senaladas, respectivamente, con 571 a 574 en resonancia y 581 a 584 fuera de resonancia). La zona de imagen se muestra en lmea de trazos sobre la imagen de luz blanca que se muestra en la figura 10A. En la resonancia, es difmil identificar las estructuras en las imagenes SRG (571) y SROL (572), mientras que la imagen SRGOLD (573) muestra una estructura similar a la imagen de luz blanca. Fuera de resonancia, la imagen SRGOLD (583) globalmente proporciona una mejor cancelacion de la senal que las imagenes SRG y SROL. Estos experimentos demuestran, en los tejidos biologicos, la influencia de la difusion en la medida SRS. La tecnica SRGOLD permite obtener un mejor contraste espacial y espectral, asf como una mejor especificidad.

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El metodo descrito por medio del dispositivo de la Figura 4 o 7A tiene la ventaja de ser simple de implementar, una deteccion smcrona a una frecuencia de modulacion que se puede realizar en una senal optica (tren de impulsos a la pulsacion W2) y utiliza para esta puesta en practica componentes comunmente disponibles en el mercado.

Las figuras 11A y 11B ilustran dos variantes del dispositivo mostrado en las Figuras 4 y 7A. Las figuras 12A y 12B muestran tablas que ilustran las senales detectadas (senales SRS y aberraciones) en los ejemplos de puesta en practica de los dispositivos representados en las figuras 11A y 11B, respectivamente.

En el ejemplo de la Figura 11A, los trenes de impulsos 14 y 16 a las pulsaciones W1 (Idler) y W3 (Signal) estan modulados en amplitud a frecuencias de modulacion f2 y fi distintas, no multiplos una de otra para formar trenes de impulsos 15, 17 modulados. El tren de impulsons 12 a la pulsacion W2 (Laser) no esta modulado. En la muestra, por lo tanto interactuan trenes de impulsos a las pulsaciones W2y W1 (moduladas), por una parte, y los trenes de impulsos a las pulsaciones W2y W3 (moduladas), por otra parte. Como antes, los impulsos se detectan a la pulsacion W2 procedente de la muestra. Durante la interaccion de impulsos Laser/Signal , el proceso puesto en juego es un proceso SRG, que se muestra en la columna 601 de la figura 12A. La curva 610 muestra el tren de impulsos de laser no modulados, la curva 612 el tren de impulsos a la pulsacion W3 modulada a la frecuencia f|. En estas curvas, solo se muestra la envoltura de los trenes de impulsos. La senal SRS resultante de la interaccion de estos dos trenes de impulsos tiene una variacion de intensidad AIsrg positiva, modulada a la frecuencia de modulacion f (curva 614). Las aberraciones, que tienen una contribucion que resulta del efecto Kerr supuesto preponderante, presentan una variacion en la intensidad AUberraciones modulada a la misma frecuencia de modulacion f (curva 616), que se supone positiva. Por deteccion smcrona a la frecuencia de modulacion f se obtiene por tanto una senal Al(f1) tal que :

Al(f1) _ A|SRG + A|Aberraciones

Ademas, durante la interaccion de los impulsos Laser/ldler, el proceso puesto en juego es un proceso SRL, que se muestra en la columna 602 de la figura 12A. La curva 620 muestra el tren de impulsos de laser no modulado, la curva 622 el tren de impulsos a la pulsacion W1 modulado a la frecuencia f2. La senal SRL resultante de la interaccion de estos dos trenes de impulsos tiene una variacion de intensidad -AIsrl negativa, modulada a la frecuencia de modulacion f2 (curva 624). Las aberraciones tienen una variacion en intensidad Alaberraciones modulada a la misma frecuencia de modulacion f2 (curva 626) y del mismo signo que el cambio en la intensidad debido a las aberraciones en el proceso SRG. Actuando sobre las potencias opticas medias de los trenes de impulsos incidentes en la muestra, es posible obtener variaciones en la intensidad AUberraciones del mismo valor en ambs procesos SRG y SRL. Por deteccion smcrona a la frecuencia de modulacion f2, se obtiene por tanto una senal Al(f2) tal que:

Al(f2) A|SRL + A|Aberraciones

Un tratamiento electronico de las senales procedentes de la deteccion smcrona a la frecuencia de modulacion f1 y de la deteccion smcrona a la frecuencia de modulacion f2 permite entonces, mediante sustraccion, obtener una senal SRS amplificada util, mientras que las senales debidas a las aberraciones se cancelan. Tambien es posible mediante este metodo determinar la contribucion de las aberraciones en la senal total mediante la realizacion de una adicion de las senales procedentes de la deteccion smcrona, lo que permite disponer de otra informacion de contraste.

La figura 11B muestra otra variante en la que los trenes de impulsos 14 y 16 a las pulsaciones W1 (Idler) y W3 (Signal) no estan modulados, sino es el tren de impulsos 12 a la pulsacion W2 (Laser), el que esta modulado en amplitud a una frecuencia f. En la muestra, por lo tanto, interactuan los trenes de impulsos a las pulsaciones W1 y W2 (moduladas), por una parte, y los trenes de impulsos a las pulsaciones W3y W2 (moduladas) por otra parte. A diferencia de los metodos descritos anteriormente, se detectan en este ejemplo, por una parte, los impulsos a la pulsacion W1 procedentes de la muestra, por otra parte los impulsos a la pulsacion W3 procedentes de la muestra. Los medios de deteccion comprenden por lo tanto dos vfas separadas por un espejo dicroico 68. En la primera via, un filtro 47 permite transmitir solo los impulsos a la pulsacion W1 que son detectados por medio de un detector optico rapido 71. En la segunda via, un filtro 49 permite transmitir los impulsos a la pulsacion W3, tambien detectados por medio de un detector optico rapido 72. En cada via, una deteccion smcrona de las senales de los sensores opticos se realiza a la frecuencia de modulacion f. Durante la interaccion de los impulsos Laser/Signal en la muestra, el proceso puesto en juego es un proceso SRL, que se muestra en la columna 701 de la figura 12B. La curva 710 muestra el tren de impulsos a la pulsacion W3 no modulada, la curva 712 el tren de impulsos laser modulado a la frecuencia f. La senal SRL medida en los impulsos a la pulsacion W3 (bomba), y que resulta de la interaccion de estos dos trenes de impulsos, tiene una variacion de intensidad - AIsrl negativa, modulada a la frecuencia de modulacion f (curva 714). Las aberraciones presentan, como anteriormente, una variacion de intensidad AlAberraciones modulada a la misma frecuencia de modulacion f (curva 716). Por deteccion smcrona a la frecuencia de modulacion f se obtiene por tanto una senal AI(A) tal que:

A|(A) A|SRL + A|Aberraciones

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Por otra parte, durante la interaccion de los impulsos Laser/Idler, el procesos puesto en juego es un proceso SRG, que se muestra en la columna 702 de la figura 12B. La curva 720 muestra el tren de impulsos a la pulsacion W1 no modulada, la curva 722 el tren de impulsos laser a la pulsacion W2 modulada a la frecuencia f. La senal SRG, medida esta vez en impulsos a la pulsacion wi (Stokes) y que resulta de la interaccion de estos dos trenes de impulsos, tiene una variacion de intensidad AIsrg positiva, modulada a la frecuencia de modulacion f (curva 724). Las aberraciones tienen una variacion de la intensidad AUberraciones modulada a la misma frecuencia de modulacion f (curva 726) y del mismo signo que el cambio en la intensidad debido a las aberraciones en el proceso SRL. Como anteriormente, actuando sobre las potencias opticas medias de los trenes de impulsos incidentes en la muestra, es posible obtener variaciones de intensidad AUberraciones del mismo valor en ambos procesos SRG y SRL. Por deteccion smcrona a la frecuencia de modulacion f se obtiene por tanto una senal AI(B) tal que:

AI(B) _ A|SRG + A|Aberraciones

Un tratamiento electronico de las senales procedentes de las detecciones smcronas en cada via, a la frecuencia de modulacion f, permite entonces, mediante sustraccion, obtener una senal util amplificada SRS mientras que las senales debidas a las aberraciones se cancelan. Tambien es posible mediante este metodo determinar la contribucion de las aberraciones en la senal total mediante la realizacion de una adicion de las senales procedentes de las detecciones smcronas.

Los ejemplos descritos hasta ahora han puesto en practica una modulacion de amplitud de uno o de dos de los trenes de impulsos. El metodo segun la presente descripcion tambien puede ser puesto en practica por medio de una modulacion de un retardo de tiempo efectuada entre el tren de pulsos de laser a la pulsacion W2 y los trenes de impulsos a las pulsaciones wi y W3.

La figura 13 muestra asf un ejemplo de realizacion de un dispositivo de deteccion SRS de acuerdo con un ejemplo que realiza una modulacion del retardo de tiempo. Las figuras 14A a 14C muestran esquematicamente las interacciones en la muestra de acuerdo con este ejemplo, y la Figura 15 muestra una tabla que ilustra las senales detectadas (senales SRS y aberraciones) en el ejemplo de aplicacion del dispositivo descrito en la figura 13.

En el dispositivo de la Figura 13, una lmea de retardo 58 esta dispuesta en una via comun a los trenes de impulsos a las pulsaciones W1 y W3. Alternativamente, la lmea de retardo podria estar en el camino de los impulsos Laser (pulsacion W2). Esta lmea de retardo permite introducir entre los impulsos a las pulsaciones W1 y W3 y los impulsos a la pulsacion W2 un retardo de tiempo modulado a una frecuencia de modulacion fi, como se explica por medio de las figuras 14A y 14B. La lmea de retardo permite introducir un cambio en la trayectoria optica. La variacion de la trayectoria optica puede obtenerse mecanicamente, entre dos posiciones. Alternativamente, la lmea de retardo puede comprender un deflector acustico-optico que alterne entre dos angulos para la generacion de dos longitudes de trayectoria optica. Jugando sobre lmeas de retardo espedficas cada via Idler y Signal (veanse, por ejemplo, las lmeas de retardo 54, 56, Figura 4), se ajusta entre los impulsos a las pulsaciones W1 y W3 un retardo fijo de 2Z. La modulacion de la lmea de retardo 58 (Figura 13) hace que sea posible introducir un retardo de tiempo que varia entre +/- At a la frecuencia de modulacion f de modo que los impulsos a las pulsaciones W2 y W3 se superpongan durante un penodo de tiempo T en la muestra (Estado a, Figura 14A) y los impulsos a las pulsaciones W1 y W2 (Estado b, Figura 14B) se superpongan en el siguiente penodo de tiempo T, alternandose los estados ay b a la frecuencia de modulacion f (Figura 14C). Una deteccion smcrona sobre los impulsos Laser a la pulsacion W2 permite entonces determinar la senal caractenstica de la resonancia vibracional molecular de la muestra. En el estado a (columna 801, Figura 15), los impulsos a las pulsaciones W2 (curva 810) y W3 (curva 814) se superponen temporalmente, mientras que los impulsos a las pulsaciones W1 (curva 812) estan desplazados en el tiempo; el resultado de ello es un proceso de SRG sobre los impulsos Laser ilustrados en la curva 816. En este ejemplo de nuevo, se supone que las aberraciones son principalmente debidas al efecto Kerr cruzado y se traducen en una senal positiva (curva 818). En el estado b (columna 802, Figura 15), los impulsos a las pulsaciones W2 (curva 820) y W1 (curva 822) estan superpuestos, mientras que los impulsos a las pulsaciones W3 (curva 824) estan desplazados en el tiempo; el resultado de ello es un proceso SRL sobre impulsos Laser ilustrado en la curva 826. Las aberraciones se traducen de nuevo en una senal positiva (curva 828). Al igual que antes, el ajuste de las potencias opticas medias de los trenes de impulsos incidentes en la muestra hace que sea posible igualar las senales debidas a las aberraciones en los procesos SRG y SRL, por ejemplo mediante la cancelacion de la senal SRGOLD fuera de resonancia, como se ha explicado anteriormente . Asi, durante la deteccion smcrona a la frecuencia de modulacion f1 de los impulsos procedentes de la muestra a la pulsacion W2 (columna 803, Figura 15), las aberraciones se cancelan (curva 838), mientras que la senal util SRS se incrementa (curva 836). En la Figura 15, las curvas 830, 832 y 834 ilustran esquematicamente esta variante del proceso SRGOLD descrita anteriormente. El tren de impulsos a la pulsacion W2 se emite continuamente (curva 830), mientras que los trenes de impulsos a las pulsaciones W1 y W3 sufren un retardo temporal modulado (curvas 832, 834). Tengase en cuenta que son posibles variaciones en la disposicion de lmeas de retardo. Es posible, como es el caso de la Figura 13, proporcionar una lmea de retardo en la via comun a las pulsaciones W1 y W3 o una lmea de retardo en la via de los impulsos a la pulsacion W2. En este caso, las lmeas de retardo espedficas de cada via Idler/Signal permiten ajustar el retardo 2Z entre impulsos a las pulsaciones W1 y W3. Alternativamente, las lmeas de retardo pueden estar dispuestas espedficamente en cada via

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Idler/Signal, en cada una de las v^as con un retardo de tiempo modulado entre Z-At y Z+At para una via y -Z-At y -Z + At para la otra via.

Aunque la deteccion optica se haya presentado en los ejemplos de las figuras 11A, 11B y 13 en el modo delantero, es posible una deteccion optica en modo trasero (epi) o en modo endoscopico, como ya se ha ilustrado anteriormente por medio de las figuras 7B y 7D. Estos dispositivos tambien pueden ser al menos parcialmente de fibras.

Las figuras 16 a 20 ilustran con mas detalle la puesta en practica de variantes del metodo de acuerdo con la presente descripcion en el caso en que los impulsos son impulsos en deriva de frecuencia.

Las Figuras 16A, 16B son diagramas que ilustran un ejemplo de realizacion de una fuente de trenes de impulsos extendidos espectralmente. Esta fuente comprende, por ejemplo, una fuente OPO 20 de impulsos ultracortos, tipicamente menos de 200 fs que comprende un laser maestro 24, por ejemplo del tipo Nd: YVO que emite impulsos de 12 a 1064 nm y un laser OPO 22 que recibe del laser maestro impulsos 11 de frecuencia doble en torno a 532 nm. El laser OPO emite, mediante oscilacion parametrica optica, impulsos Idler 14 a la pulsacion w e impulsos Signal 16 a la pulsacion W3. En cada una de las vfas de Laser, Signal, Idler, una lmea de dispersion en el tiempo (respectivamente 52, 53, 51) permite extender el impulso ultracorto en un impulso mas largo temporalmente, tipicamente inferior a 100 picosegundos, por ejemplo de unos pocos picosegundos, y cuya pulsacion vana linealmente con el tiempo en torno a una pulsacion central. Asf, la Figura 16B muestra los impulsos de salida del OPO. La lmea de dispersion en el tiempo puede comprender, de manera conocida, un material dispersivo, por ejemplo una barra de vidrio o un compresor de prisma o red.

Las figuras 17A a 17C ilustran las interacciones en la muestra en la puesta en practica de un metodo de acuerdo con la presente descripcion, basado en una modulacion de amplitud, cuando los impulsos son extendidos espectralmente. En comparacion con las figuras 5A a 5C, cada impulso tiene una deriva lineal de la pulsacion en funcion del tiempo. La aplicacion del metodo SRGOLD es, sin embargo, invariable. En particular, los trenes de impulsos interaction en la muestra alternativamente a una frecuencia de modulacion dada. En cada momento, se observa que se respeta la condicion W2 - w = W3 - W2 = Qr, donde Qr es una frecuencia de resonancia de vibracion molecular de la muestra, lo que permite poner en practica el metodo de acuerdo con la presente descripcion. En este ejemplo, un retardo de tiempo identico entre los impulsos a las pulsaciones w y u>2, por una parte, y los impulsos a las pulsaciones W2y W3, por otra parte, se puede insertar de manera que sea posible sondear las frecuencias de resonancia de vibracion molecular, traduciendose una ligera diferencia de tiempo entre los impulsos en un cambio de la separacion de las pulsaciones entre los impulsos.

Las figuras 18A a 18C ilustran las interacciones en la muestra en la puesta en practica de un metodo de acuerdo con la presente descripcion, basado en una modulacion del retardo de tiempo, cuando los impulsos son extendidos espectralmente. Una vez mas, el metodo descrito, en particular en relacion con las figuras 13 a 15, se aplica a los impulsos con deriva de frecuencia. En el caso de la utilizacion de impulsos con deriva de frecuencia, es tambien posible, mediante el ajuste del retardo de tiempo, modificar la frecuencia resonante de vibracion de interes, en particular para las aplicaciones de espectroscopia o de formacion de imagenes hiperespectrales. En las figuras 18A y 18B, se observa una modulacion del retardo de tiempo entre dos valores -At1 y +At-|. Esto corresponde a una diferencia Q1 entre las pulsaciones W2y w-i, por una parte y W3y W2 de otra parte. En las figuras 19A a 19C, se muestran los mismos impulsos, pero con una modulacion del retardo de tiempo entre dos valores -At2 y +At2, correspondiente a una diferencia Q2 entre las pulsaciones W2 y W1, por una parte y W3y W2, por otra parte. La variacion del retardo de tiempo hace que sea posible sondear el espectro de las resonancias de vibracion.

La figura 20 muestra un ejemplo de realizacion de un dispositivo de deteccion SRS de acuerdo con otro ejemplo de la presente invencion, que pone en practica una modulacion del retardo temporal y de los impulsos espectralmente extendidos. En este ejemplo, la fuente de emision 20 de los trenes de impulsos emite trenes de impulsos ultracortos temporalmente extendidos por medio de un alargador 52 para formar trenes de impulsos en deriva de frecuencia centrados en la pulsacion W2. El dispositivo comprende ademas una hoja separadora dicroica 67 para separar, por una parte, impulsos centrados en la pulsacion W2 y, por otra parte, impulsos centrados, respectivamente, en las pulsaciones w y W3. Una modulacion del retardo de tiempo entre los trenes de impulsos a la pulsacion W2y los trenes de impulsos a las pulsaciones w y W3 es entonces posible, por ejemplo por medio de una lmea de retardo 58 como se ha descrito en relacion con la figura 13, por ejemplo. El mismo metodo de deteccion smcrona se puede aplicar para la deteccion de la senal SRS.

Las figuras 21A a 21C ilustran las interacciones en la muestra en el ejemplo de la figura 20. Como se ilustra en las figuras 18A a 18C, la modulacion se realiza entre un estado a y un estado b correspondiente a un retardo de tiempo de +/-At entre los impulsos a la pulsacion W2 y los impulsos a las pulsaciones w y W3. Se observa en este ejemplo una vez mas que el cambio en el retardo de tiempo At hace que sea muy facil cambiar la pulsacion de resonancia vibratoria Q interes.

Aunque se describe a traves de un cierto numero de ejemplos de realizacion detallados, el dispositivo de deteccion y

el metodo segun la invencion incluyen diferentes variantes, modificaciones y mejoras que se haran evidentes para los expertos en la tecnica, entendiendose que estas diferentes variantes, modificaciones y mejoras son parte del marco de la invencion, tal como esta definido por las siguientes reivindicaciones.

Claims (19)

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   REIVINDICACIONES

   1. Dispositivo para detectar una senal optica no lineal resonante del tipo de Dispersion Raman Estimulada (SRS) inducida en una muestra, comprendiendo el dispositivo:

   - medios electro-opticos para hacer interactuar en la muestra, a una primera frecuencia de modulacion, trenes de impulsos luminosos (14, 12) de pulsaciones wi y W2 y, a una segunda frecuencia de modulacion, trenes de impulsos luminosos (12, 16) de pulsaciones w y W3, tales que W2- w = W3 - W2= Qr, donde Qr es una pulsacion de resonancia vibratoria molecular de la muestra;

   - medios para la deteccion smcrona (70, 80), a las frecuencias de modulacion primera y segunda, de senales opticas no lineales resultantes de la interaccion de los impulsos de luz en la muestra;

   - medios de tratamiento electronico (80) que permiten obtener, a partir de senales electronicas resultantes de la deteccion smcrona, una senal caracteristica de la resonancia vibratoria molecular de la muestra.
2. 2. Dispositivo segun la reivindicacion 1, en el que los medios electro-opticos comprenden una fuente optica (20) para emitir trenes de impulsos a las pulsaciones W1, W2y W3, y medios para modular en amplitud los trenes de impulsos a las pulsaciones W1 y W3, respectivamente, a las frecuencias de modulacion primera y segunda.
3. 3. Dispositivo segun la reivindicacion 2, en el que los medios electro-opticos comprenden medios (32, 34, 36) para modular en amplitud los trenes de impulsos a las pulsaciones W1 y W3 a la misma frecuencia de modulacion, pero en oposicion de fase.
4. 4. Dispositivo segun la reivindicacion 2, en el que los medios electro-opticos comprenden medios (34, 36) para modular en amplitud los trenes de impulsos a las pulsaciones W1 y W3 a dos frecuencias de modulacion distintas que no son multiples una de la otra.
5. 5. Dispositivo segun la reivindicacion 1, en el que las frecuencias de modulacion primera y segunda son identicas, y los medios electro-opticos comprenden una fuente optica (20) para emitir trenes de impulsos a las pulsaciones W1, W2y W3, y medios (38) para modular en amplitud el tren de impulsos a la pulsacion W2 a la frecuencia de modulacion.
6. 6. Dispositivo segun la reivindicacion 1, en el que las frecuencias de modulacion primera y segunda son identicas, y los medios electro-opticos comprenden una fuente optica (20) para emitir trenes de impulsos a las pulsaciones W1, W2 y w>3, y al menos una lmea de retardo (58) que permite generar un retardo de tiempo modulado a la frecuencia de modulacion entre los trenes de impulsos a las pulsaciones W1 y W3 y los trenes de impulsos a la pulsacion W2.
7. 7. Dispositivo segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los medios electro-opticos comprenden una fuente optica (20, 51-53) para emitir trenes de impulsos con deriva de frecuencia, centrados respectivamente en las pulsaciones W1, w y W3.
8. 8. Dispositivo segun la reivindicacion 7, en el que la fuente optica emisora comprende ademas una lmea de retardo que permite generar un desplazamiento de tiempo identico entre los impulsos a las pulsaciones w y W2, por una parte, y los impulsos a las pulsaciones W2y w>3, por otra parte, de tal manera que se hace variar la frecuencia de resonancia vibratoria molecular de la muestra en la que se detecta la senal optica no lineal.
9. 9. Dispositivo segun la reivindicacion 7, en lo que depende de la reivindicacion 6, en el que la fuente optica emisora comprende un generador (20, 50) de trenes de impulsos con deriva de frecuencia, centrados en la pulsacion W2 y, una lamina separadora dicroica (67) que permite separar, por una parte, los impulsos centrados en la pulsacion W2, y, por otra parte, los impulsos centrados en las pulsaciones W1 y W3, respectivamente.
10. 10. Dispositivo segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque esta al menos parcialmente fibrado.
11. 11. Un metodo para detectar una senal optica no lineal, resonante, del tipo de Dispersion Raman Estimulada (SRS) inducida en una muestra, que comprende:

    - interaccion en la muestra, a una primera frecuencia de modulacion, de trenes de impulsos luminosos de pulsaciones W1 y W2, y, a una segunda frecuencia de modulacion, trenes de impulsos luminosos de pulsaciones W2 y W3, tales que W2 - w = W3 - W2 = Qr, donde Qr es una pulsacion resonante vibratoria molecular de la muestra;

    - deteccion smcrona, a las frecuencias de modulacion primera y segunda, de senales opticas no lineales resultantes de la interaccion de los impulsos de luz en la muestra;

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    - tratamiento electronico que permite obtener, a partir de senales electronicas resultantes de la deteccion smcrona, una senal caracteristica de la resonancia vibratoria molecular de la muestra.
12. 12. El metodo segun la reivindicacion 11, que comprende la emision de trenes de impulsos a las pulsaciones W1, W2y W3 y la modulacion de amplitud de los trenes de impulsos a las pulsaciones wi y W3 a las frecuencias de modulacion primera y segunda, respectivamente.
13. 13. El metodo segun la reivindicacion 12, en el que los trenes de impulsos a las pulsaciones wi y W3 son modulados en amplitud a la misma frecuencia de modulacion, pero en oposicion de fase.
14. 14. El metodo segun la reivindicacion 12, en el que los trenes de impulsos a las pulsaciones W1 y W3 son modulados en amplitud a dos frecuencias de modulacion distintas que no son multiplos una de otra.
15. 15. Metodo segun la reivindicacion 11, en el que, al ser identicas las frecuencias de modulacion primera y segunda, comprende la emision de trenes de impulsos a las pulsaciones W1, W2 y W3, y la modulacion de amplitud del tren de impulsos a la pulsacion W2 a la frecuencia de modulacion.
16. 16. Metodo segun la reivindicacion 11, en el, al ser las frecuencias de modulacion primera y segunda identicas, comprende la emision de trenes de impulsos a las pulsaciones W1,W2 y W3, y la generacion de un retardo de tiempo modulado a la frecuencia de modulacion entre los trenes de impulsos a las pulsaciones W1 y W3 y los trenes de impulsos a la pulsacion w2.
17. 17.. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 16, en el que los impulsos son impulsos con deriva de frecuencia centrados respectivamente en las pulsaciones W1, W2 y W3.
18. 18.. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 17, que comprende ademas generar un desplazamiento de tiempo identico entre los impulsos a las pulsaciones W1 y W2, por una parte, y los impulsos a las pulsaciones W2y W3, por otra parte, de tal manera que se detecte una senal optica no lineal caracteristica otra frecuencia de resonancia vibratoria molecular de la muestra.
19. 19. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 17, en lo que depende de la reivindicacion 16, que comprende generar trenes de impulsos con deriva de frecuencia centrados en la pulsacion W2, y separar los impulsos en impulsos centrados en la pulsacion W2, por una parte, y en impulsos centrados en las pulsaciones W1 y W3, respectivamente, por otra parte.