超连续谱光源的构成

 超连续谱光源是使用超短脉冲激光耦合进高非线性光纤（通常是光子晶体光纤PCF），因为光纤的非线性效应、四波混频及光孤子效应，使得输出光的脉冲光谱展宽，谱宽从0.4～2.4μm，从而实现超宽的光谱输出。主要应用于荧光成像、荧光寿命成像（FLIM）、全反射式荧光显微（TIRF）、单分子成像、宽频光谱学、光学同调断层扫描技术（OCT）、流式细胞仪等领域。

▲超连续谱光源光谱图

  传统的连续谱是通过多个激光器合并发光实现的。

▲传统的连续谱光源构成示意图

  其中比较常用的激光器是SLED激光器，单一SLED的典型中心波长为1300nm、1480nm、1550nm、1630nm等多个波长，半波宽度为40~60nm。通过多个激光器的集成可以在1250~1700nm的波段范围内形成一个连续光谱。

▲宽谱SLED光谱图

  相比于传统的集成光源，超连续谱光源具有以下的优势：

1. 连续输出波段更宽，波段从400nm到2400nm；

2. 输出功率密度更高

▲多同种光源光谱对比

典型运用——表面等离子共振

  表面等离子体激元（surface Plasmon polarizations, SPPs）是一种沿导体和电介质分界表面传播的特殊表面电磁波，其振幅随着离分界面的距离的增大而成指数衰减，它能被电子也能被光激发。用以实时分析，简便快捷地监测DNA与蛋白质之间、蛋白质分子之间以及药物—蛋白质、核酸—核酸、抗原—抗体、受体—配体等等生物分子之间的相互作用，在生命科学、医疗检测、药物筛选、食品检测、环境监测、毒品检测、法医鉴定等领域具有广泛的应用需求。

▲表面等离子共振原理示意图

  以超连续谱光源为光源，对基于SPPs共振的衰减全反射进行研究有很大的优点：

1. 通过精确选择入射波长，使SPPs产生的衰减全反射共振深度最大，即使金属薄膜厚度等参数有所偏差时，仍能通过调整使系统处于最佳工作状态；

2. 可以同时进行多波长工作，保持系统条件的一致性，可以满足许多特殊的测量工作；

可以通过反射光强测量，光谱测量以及相位检测等多种原理反应SPPs共振效应，具有既能保证测试精度，又可以在同一系统中从多方面反映SPPs共振特性的优点。

典型运用——受激发射损耗

  受激发射损耗(stimulated emission depletion, STED), 使用一个合适的激光，仅激发一个点的荧光基团使其发光，然后再用一个面包圈样的光源抑制那个点周围的荧光强度，这样就只有一个点发光并被观察。一个典型的STED显微系统中需要两束照明光，其中一束为激发光，另外一束为损耗光。当激发光的照射使得其衍射斑范围内的荧光分子被激发，其中的电子跃迁到激发态后，损耗光使得部分处于激发光斑外围的电子以受激发射的方式回到基态，其余位于激发光斑中心的被激发电子则不受损耗光的影响，继续以自发荧光的方式回到基态。由于在受激发射过程中所发出的荧光和自发荧光的波长及传播方向均不同，因此真正被探测器所接受到的光子均是由位于激发光斑中心部分的荧光样品通过自发荧光方式产生的。由此，有效荧光的发光面积得以减小，从而提高了系统的分辨率。

▲受激发射损耗原理示意图

 超连续谱光源可同时用作 STED 显微术的 STED 光源和 EXC 激发光源，是高性价比和超高精度 STED 成像的一个最理想的选择。同时，超连续谱光源拥有极大的光谱带宽，能够使得STED 和激发光束得到大范围的调谐来实现激发和损耗的最优化。