介绍
在华盛顿大学，研究人员使用双色受激拉曼散射 (SRS) 显微镜研究用于早期癌症检测和了解神经退行性疾病进展等应用的化学成像工具。 实验装置通常包括多个复杂的高性能仪器，用于实时双色 SRS 成像或两个间隔较宽的拉曼跃迁的同步成像。 使用 Moku:Pro 锁相放大器和多仪器模式，他们现在能够执行各种实验并使用一个紧凑的多通道设备提取低强度 SRS 信号。
挑战
SRS 是一种相干拉曼散射过程，允许使用光谱和空间信息进行化学成像。 在典型的设置中，它使用两个同步脉冲激光器，即泵浦和斯托克斯（图 1），以相干激发分子的振动。 为了从嘈杂的背景中提取非常小的 SRS 信号，高频调制和相敏检测方案是必要的。
图 1：检测到由 SRS 引起的 Stokes 到泵浦光束的调幅传输。 演示的泵浦光束具有 80 MHz 的重复率，Stokes 光束具有相同的 80 MHz 重复率，但也以 20 MHz 进行调制。 Δpump 在此检测方案中被提取出来。
为了使用实时双色 SRS 成像进行实验，研究人员必须应用正交调制并检测同相和正交信号分量。
“在大多数 SRS 显微镜实验中，由于激光器总带宽的限制，光谱范围被限制在 300 cm-1 左右，”华盛顿大学化学助理教授 Dan Fu 博士说。 “避免这种情况的一种方法是使用可调谐激光扫描波长，但这很慢，而且对于活细胞成像等对时间敏感的实验来说往往不够。”
为克服这些限制，华盛顿大学的研究人员使用第三束激光束同时对两个间隔较宽的光谱区域进行成像，例如指纹区域中的一个（例如，酰胺振动约为 1600 cm-1）和 CH 区域中的一个（例如 ~2900 cm-1 用于蛋白质），但这会增加实验设置的占用空间和复杂性。
图 2：使用 Moku:Pro 多仪器模式设置在间隔较远的拉曼跃迁处拍摄的 HeLa 细胞 SRS 图像。
解决方案
质量锁定放大器是 SRS 显微镜实验中具有调制传输检测方案的关键硬件组件。 Moku:Pro 的锁相放大器为 SRS 显微镜实验中的自外差信号检测提供了一种直观、精确且稳健的解决方案。 用户界面允许对提取低强度 SRS 信号进行直观和强大的控制。
图 3：具有典型单通道配置设置的 Moku:Pro 锁相放大器。
Moku:Pro 锁相放大器配置了针对实验优化的相移、低通滤波器和增益设置。 内置探测点用于在设置调整时进行实时监控。 X 和 Y 输出均可用于双通道成像。
在三台激光器的情况下，Moku:Pro 多仪器模式可以配置两个锁定放大器，将系统简化为一个设备，而不会有任何妥协。 这使得研究人员可以同时拍摄两张波数差较大的 SRS 图像，利用一个 Moku:Pro 来处理两个光电二极管检测器信号。
图 4：Moku:Pro 的多仪器模式与多通道锁定放大器配置。
图 4 演示了用于同步 SRS 显微镜实验的具有两个锁定放大器的多仪器模式配置。对于插槽 1 中的锁定放大器，输入 In 1 是第一个光电二极管的检测信号，In 2 是参考信号, Out 1是发送到外部数据采集卡的信号，Out 3被丢弃。 对于插槽2中的锁相放大器，In 3是第二个光电二极管的检测信号，In 2再次作为参考，Out 2是发送到外部数据采集卡的信号，Out 4被丢弃。 每个检测到的信号（Out 1 和 Out 2）在被发送到数据采集卡之前通过调整它们各自的相移来最大化。 本例中的插槽 3 和 4 配置了示波器，但可以用另一个 Moku:Pro 仪器替换。 
图 5：Moku:Pro 在多仪器模式下配置了两个锁定放大器，使用了三个输入通道和两个输出通道。
结果
Moku:Pro 的锁相放大器为大量 SRS 显微镜实验提供了出色的解决方案。 “用户界面允许对提取低强度 SRS 信号进行直观和强大的控制，而 Moku:Pro 的多仪器模式允许在紧凑的系统上进行复杂的成像实验，”Fu 博士说。 从典型的单通道 SRS 成像到双通道成像，甚至是多仪器成像，华盛顿大学的研究人员能够毫不妥协地简化他们的实验设置。
