Anwendungen

CARS/SRS

Coherent Anti-Stokes Raman Scattering (CARS) ist eine Spektroskopiemethode, die ähnlich wie Raman Spektroskopie auf Signaturen von molekularen Schwingungen sensitiv ist. CARS verwendet Photonen zweier unterschiedlicher Farben, um Schwingungen des Moleküls anzuregen und erzeugt ein resonant verstärktes Signal bei einer dritten Wellenlänge, wenn die Frequenzdifferenz dieser beiden Photonen mit einer Ramanresonanz übereinstimmt, und somit den Schwingungskontrast.

Diese beiden Photonen müssen am Probenort gleichzeitig eintreffen, d.h. sowohl örtlich wie auch zeitlich überlappt sein. Um die unterschiedlichen Ramanresonanzen anzusprechen, muss zudem die Frequenzdifferenz zwischen den zwei Photonen angepasst werden, d.h. eine der beiden Laserwellenlängen muss durchgestimmt werden.

Anfänglich wurden CARS Messungen mit zwei synchronisierten Femtosekunden- oder Picosekundenlaserstrahlen durchgeführt. Für CARS Spektroskopie musste die Wellenlänge einer der beiden Laserstrahlen durchgestimmt werden, welches jedoch eine Begrenzung hinsichtlich der Geschwindigkeit des Durchstimmens darstellt. Jegliche Analyse, für die ein CARS Spektrum notwendig ist, würde durch diese langsamen Bild- und Updateraten limitiert sein.

Multiplex CARS (M-CARS) ermöglicht eine wesentlich schnellere Erfassung eines kompletten CARS Spektrums durch gleichzeitige Detektion eines weiten Bereich der Raman-Verschiebung. Dies wird erreicht, indem ein ps Pumppuls (der die spektrale Auflösung bestimmt) und ein breitbandiger fs Stokespuls verwendet wird, der eine große Anzahl an Raman-Verschiebungen gleichzeitig abdeckt. Dies erlaubt es, ein CARS Spektrum ohne Durchstimmen der Laserquelle aufzunehmen.
Indem der fs Stokespuls gechirpt wird (spektrale Fokussierung oder C-CARS) ist es dennoch möglich, eine hohe spektrale Auflösung zu erreichen, abhängig von der Stärke des Chirps.

Ein etwas unterschiedliches Schema ist die Stimulierte Ramen Streuung (SRS), die ebenfalls von zwei Photonen unterschiedlicher Farbe Gebrauch macht, bei der es jedoch kein Signal bei einer dritten Frequenz gibt. Das Signal wird vielmehr als stimulierter Raman Verlust oder stimulierter Raman Gewinn wahrgenommen und wird typischerweise über Lock-in Detektion erfasst. Ein Vorteil von SRS gegenüber CARS ist, dass es hintergrundfrei ist, und auch, dass die Linienformen dieselben wie bei cw Raman sind und deshalb existierende Datenbanken von molekularen Signaturen wiederverwendet werden können. Für SRS kann eine grundsätzlich gleichartige Laserquelle wie für CARS verwendet werden.
SRS gibt es ebenfalls in der Variante Multiplex SRS mit dem gleichen Vorteil der schnelleren Erfassung eines kompletten Spektrums.

Der venteon OPCPA mit einem zusätzlichen grünen Strahlausgang bietet zwei optisch synchronisierte Strahlen, von denen ein schmalbandiger als Pumpstrahl verwendet wird, und der breitbandige Ausgang des OPCPA als Stokes Strahl. Die hohe Pulsenergie im µJ Bereich bei MHz Wiederholraten erlaubt reichlich spektrale Intensität über den großen Bandbreitebereich von mehreren tausend Wellenzahlen.

Differenzielles CARS (D-CARS) ist eine weitere Variante, um schnell Spektren aufzunehmen, die einen breitbandigen Oszillator verwendet und unterschiedliche Teile des breiten Spektrums als Pump- und Stokeswellenlänge verwendet. Einige Varianten verwenden Pulsformung um die individuellen Teile es Spektrums maßzuschneidern.

Der venteon ultra mit seinem oktavbreiten Spektrum stellt eine ideale Laserquelle für diese CARS/SRS Varianten dar.

 


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