CN116642882B - 一种基于脉冲调制的干涉散射泵浦探测成像方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种基于脉冲调制的干涉散射泵浦探测成像系统，包括飞秒激光器、分束镜、非共轴光参量放大器、全反镜、超连续谱产生装置、电控位移台、二向色镜、反射式物镜、凸透镜、单色仪、光电探测器、锁相放大器、窄带滤光片、空间滤波器、互补金属氧化物半导体和计算机等部件。本发明还包括一种基于脉冲调制的干涉散射泵浦探测成像系统。本发明将超快光谱技术与干涉散射成像方法相结合，实现对单颗粒样品的检测，可视化能量载体的传输，分布和弛豫过程。再利用非共轴光参量放大技术调制泵浦/探测脉冲，抑制激子漂白，最大化激发态吸收过程，实现飞秒时间分辨率下的激子共振干涉信号增强，可以提升泵浦探测成像系统的灵敏度。

Description

一种基于脉冲调制的干涉散射泵浦探测成像方法及系统

技术领域

本发明涉及显微成像和飞秒时间分辨光谱领域，具体的说，涉及一种基于脉冲调制的干涉散射泵浦探测成像方法及系统

技术背景

纳米尺度下的结构和功能决定了物质的性质。为了理解并最终控制这些材料特性，我们必须能够在纳米长度尺度上研究物质。人们在开发和优化能够检测和表征纳米颗粒的方法方面付出了很多努力。在诸多的表征技术当中，光学显微成像技术由于其具有非侵入性、动态操作、高通量潜力以及与其他技术的直接集成的优点而广受欢迎。然而，与电子显微镜或扫描探针等方法相比，这些功能是以较差的灵敏度和分辨率为代价的。由于受到衍射极限限制，长期以来，光学成像系统的分辨率最高仅能达到可见光半波长量级，纳米级颗粒的成像，由于电磁辐射与物体之间的相互作用强度下降，远远小于照明波长，更成为了科学界的挑战之一。

纳米级超快成像的根本挑战在于入射光与纳米粒子的相互作用很弱，且对纳米粒子的追踪受到背景消除和仪器响应时间的限制。纳米级成像有两个关键的参数，分辨率以及灵敏度。分辨率包含空间分辨率以及时间分辨率，空间分辨率是指可以区分试样中两个不同点的最小距离，包含X/Y方向上的横向分辨率以及Z方向上的纵向分辨率。分辨率受到光通过圆形孔径(例如物镜)时的衍射的限制，这种衍射势垒最早是由阿贝提出的，横向分辨率限制为λ/2NA，其中λ代表照明光的波长，NA代表物镜的数值孔径，由成像介质的折射率乘以可以从样品中收集光的最大角度的正弦来定义。轴向分辨率则进一步受限(2λ/NA²)，这种衍射极限给三维可视化成像带来了巨大的困难；时间分辨率是指对某种动态过程的采集速率，目前相机的采样速率只能达到千赫兹至兆赫兹级别，这难以实现具有时间分辨能力的响应，无法满足人们对于皮秒或飞秒尺度下的超快过程的分析。成像灵敏度是指仪器不仅能够检测纳米物体的微弱信号，还需要能够将其与任何不需要的背景信号或噪声区分开。对于没有外部或环境噪声的理想实验，本底噪声受到探测器特性的限制，例如暗噪声和读取噪声，以及与到达探测器的离散粒子(光子)计数相关的量子噪声(称为散粒噪声)。由于上述信号有明确的点扩散函数(PSF)，因此可以通过将PSF拟合到2D高斯函数来定位其亚衍射有限的精度，这样可以对感兴趣颗粒的运动进行高分辨率跟踪。定位精度受检测到的光子数量的限制，在基于荧光的方法中，每单位时间内检测到的光子数量受到荧光团光饱和度的限制。在基于散射的方法中，限制由样本/光学损伤阈值或探测器的饱和度决定。在有限的光子数下，实现更高灵敏度的纳米级探测，也是成像技术的难点之一。

发明内容

本发明的目的在于本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于脉冲调制的干涉散射泵浦探测成像方法及系统。仅利用中心波长为800nm的钛宝石激光器，解决微小单颗粒的检测难题，实现时间分辨的高灵敏度纳米级单颗粒检测。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于脉冲调制的干涉散射泵浦探测成像系统，由泵浦光和探测光的产生及调节部分Ⅰ、样品检测部分Ⅱ、信号接收部分Ⅲ组成，置于同一光学平台上。

泵浦光和探测光的产生及调节部分Ⅰ由飞秒激光器1、50％/50％分束片2、全反镜3、全反镜4、全反镜5、全反镜6、非共轴光参量放大器7、连续衰减片8、λ/2玻片9、全反镜10、非共轴光参量放大器11、连续衰减片12、斩波器13、窄带滤光片14、凸透镜15组成。飞秒激光器1出射激光经分束片2分为两束，反射的一束为第一光束B1，透射的一束为第二光束B2；B1经过由全反镜3、全反镜4、全反镜5、全反镜6的反射进入光参量放大器7，生成第三束光B3后，进入样品检测部分Ⅱ,第二束光B2经过全反镜10，进入超连续白光产生装置11，生成第四束光B4，B4依次经过连续衰减片12、斩波器13、窄带滤光片14、凸透镜15连续调制后，进入样品检测部分Ⅱ。

样品检测部分Ⅱ由二向色镜16、50％/50％分束片17、反射式物镜18、样品台19组成。二向色镜16、1：1分束片17、显微物镜18、样品台19从左至右排列且位于同一水平线上。第三光束B3经过二向色镜16、50％/50％分束片17，与被50％/50％分束片17反射的第四束光重合，形成第五束光B5，B5经过显微物镜18汇聚到样品台19上的样品上，产生的样品散射光为第六光束B6，样品面反射光为第七光束B7，共同经显微物镜18收集、二向色镜16、50％/50％分束片17进入接收部分Ⅲ。

信号接收部分Ⅲ由空间滤波器20、50％/50％分束片21、凸透镜22、凸透镜23、单色仪24、光电倍增管25、高压电源26、锁相放大器27、计算机28、互补金属氧化物半导体29组成。第六光束B6与第七光束B7共同经分束镜21分为第八光束B8和第九光束B9；第八光束B8经凸透镜23、单色仪24、光电探测器25和锁相放大器27与计算机28端口相连；第九光束B9经凸透镜Ⅱ22和互补金属氧化物半导体29与计算机27端口相连。

本发明还涉及一种基于脉冲调制的干涉散射泵浦探测成像方法，包括如下步骤：

S1.产生及调节泵浦光和探测光，具体包括：飞秒激光器1出射激光经分束片2分为两束，反射的一束为第一光束B1，透射的一束为第二光束B2；B1经过由全反镜3、全反镜4、全反镜5、全反镜6的反射进入非共轴光参量放大器7，生成第三束光B3,第二束光B2经过全反镜10，非共轴光参量放大器11，生成第四束光B4，B4依次经过连续衰减片12、斩波器13、窄带滤光片14、凸透镜15；

S2.探测并收集样品的散射光以及样品面的反射光，包括：第三光束B3经过二向色镜16、50％/50％分束片17，与被50％/50％分束片17反射的第四束光重合，形成第五束光B5，B5经过显微物镜18汇聚到样品台19上的样品上，产生的样品散射光为第六光束B6，样品面反射光为第七束光B7，经显微物镜18收集、二向色镜16、50％/50％分束片17进入接收部分Ⅲ；

S3.接收并处理光谱和图像信息，包括：第六光束B6和第七光束B7共同经分束镜21分为第八光束B8和第九光束B9；第八光束B8经凸透镜23、单色仪24、光电探测器25和锁相放大器27与计算机28端口相连；第九光束B9经凸透镜22和互补金属氧化物半导体29与计算机27端口相连。

进一步，第一光束B1经非共轴光参量放大器Ⅰ调制后的飞秒脉冲作为泵浦光。

进一步，第二光束B2经非共轴光参量放大器Ⅱ调制后的飞秒脉冲作为探测光。

进一步，将经过调制的泵浦光和探测光进行合束，利用显微物镜汇聚的泵浦光激发样品，使样品分子从基态激发到激发态，再通过探测光对激发态分子进行探测，得到飞秒泵浦–探测信号。

进一步，所述信号光经收集后进入光电探测器转换为电信号，锁相放大器用于从电信号中解调出信号成分，信号输入计算机形成动力学结果曲线。

进一步，信号光进入互补金属氧化物半导体，输入计算机形成飞秒泵浦—探测空间图像。

进一步，泵浦光和探测光分别通过两个光参量放大器产生并调制。

进一步，将泵浦光作用后引起的样品局域极化率变化，视为点散射体，对探测光照射到点散射体上形成的散射光B6、样品面的反射光B7之间的干涉信号进行检测。

进一步，利用非共轴光参量放大技术调制泵浦光和探测光的中心波长，根据共振增强原理选择合适的泵浦/探测脉冲参数，增强第六光束B6与第七光束B7之间的干涉信号强度，提高检测灵敏度。

进一步，利用非共轴光参量放大技术调制泵浦光和探测光的谱线宽度，减少系统中光学元件与反射光B7之间的干涉，降低背景干扰。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

将飞秒泵浦–探测与光参量放大等超快光谱技术与干涉散射成像技术相结合，通过检测散射光与反射光之间的干涉信号，实现纳米尺度的单颗粒定位以及原位瞬态吸收光谱和图像收集；利用非共轴光参量放大器的脉冲调制机制，改变泵浦光和探测光的中心波长以及谱线宽度，进一步降低背景信号干扰并增强干涉信号强度，提高系统的灵敏度，实现更小颗粒的时间分辨追踪以及动力学检测。本发明可为后续有关微纳光学和量子光学等领域的研究提供理想的实验条件。

附图说明

图1是本发明的系统的结构示意图；

图2是泵浦光和探测光的产生及调节部分Ⅰ的结构示意图；

图3是非共轴光参量放大系统示意图；

图4是样品检测部分Ⅱ的结果示意图；

图5是信号接收部分Ⅲ的结构示意图；

图6是分子的能级及吸收、自发辐射、基态漂白(GSB)、受激发射(SE)和激发态吸收(ESA)的示意图；

图7是系统同步时序图；

图8是脉冲调制增强共振干涉信号强度原理图。

其中：1.飞秒激光器、2.50％/50％分束片、3.全反镜、4.全反镜、5.全反镜、6.全反镜、7.非共轴光参量放大器、8.连续衰减片、9.λ/2玻片、10.全反镜、11.非共轴光参量放大器、12.连续衰减片、13.斩波器、14.窄带滤光片、15.凸透镜、16.由二向色镜、17.50％/50％分束片、18.显微物镜、19.样品台、20.空间滤波器、21.50％/50％分束片、22.凸透镜、23.凸透镜、24.单色仪、25.光电倍增管、26.高压电源、27.锁相放大器、28.计算机、29.互补金属氧化物半导体。

具体实施方式

下面结合附图进一步描述本发明，但不应以此限制本发明的保护范围。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，权利要求和说明书中术语“一”应理解为“一个或多个”，即在一个实施例，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个。除非在本发明的揭露中明确示意该元件的数量只有一个，否则术语“一”并不能理解为唯一或单一，术语“一”不能理解为对数量的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，属于“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或者一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

实施例1

如图1所示，本发明为一种基于脉冲调制的干涉散射泵浦探测成像系统，由泵浦光和探测光的产生及调节部分Ⅰ、样品检测部分Ⅱ和信号接收部分Ⅲ组成，包括飞秒激光器1、50％/50％分束片2、全反镜3、全反镜4、全反镜5、全反镜6、非共轴光参量放大器7、连续衰减片8、λ/2玻片9、全反镜10、非共轴光参量放大器11、连续衰减片12、斩波器13、窄带滤光片14、凸透镜5、二向色镜16、50％/50％分束片17、显微物镜18、样品台19、空间滤波器20、50％/50％分束片21、凸透镜22、凸透镜23、单色仪24、光电倍增管25、高压电源26、锁相放大器27、计算机28、互补金属氧化物半导体29。

初步调整各光学器件中心高度，使得飞秒激光器1、50％/50％分束片2、全反镜3、全反镜4、全反镜5、全反镜6、非共轴光参量放大器7、连续衰减片8、λ/2玻片9、全反镜10、非共轴光参量放大器11、连续衰减片12、斩波器13、窄带滤光片14、凸透镜15在同一水平面上。

飞秒激光器1发出的激光，经50％/50％分束片分解为第一光束B1与第二光束B2，分束镜2对入射光束反射与透射的能量比例为1:1；

第一光束B1经由全反镜3、全反镜4、全反镜5、全反镜6组成的光学延迟线后，进入非共轴光参量放大器7进行变频和光参量放大，由光参量放大器放大后输出的光束B3，经过连续衰减片8、λ/2玻片9调制后进入探测部分，由二向色镜16反射至50％/50％分束片17。

第二光束B2经超非共轴光参量放大器11产生飞秒脉冲作为探测光B4，经过连续衰减片12、斩波器13、窄带滤光片14、凸透镜15的调制与经二向色镜16反射的第三光束B3在50％/50％分束片17处合束为第五光束B5；

第五光束B5在样品检测部分Ⅱ中，经50％/50％分束片17反射，进入显微物镜18，聚焦到样品台19上的样品，样品产生散射光和反射光后由显微物镜18收集为第六光束B6和第七光束B7；

第六光束B6和第七光束B7共同经50％/50％分束片17、二向色镜16透射进入接收部分Ⅲ，经空间滤波器20滤波后，由50％/50％分束片21将第六光束B6和第七光束B7共同分解为第八光束B8与第九光束B9，分束镜18对入射光束反射与透射的能量比例为1:1；

第八光束B8经凸透镜22汇聚后，进入互补金属氧化物半导体29，采集图像信号输入计算机28后形成泵浦探测图像数据。

第九光束B9经凸透镜23汇聚后，经单色仪24过滤后，入射到光电倍增管25，光电倍增管25将获得的光信号转换为电信号后输入到锁相放大器27，用于从光电探测器的电信号中解调出信号成分，信号被输入计算机28形成动力学结果曲线；

精确调整各光学器件中心多维度位置，调整激光产生及调节部分Ⅰ中各镜片和显微物镜18的位置，在探测部分内形成稳定的信号光。微调所有设备和镜架的高度、左右和前后位置、倾角和俯仰，保证出现强度值在竖直和水平方向上均匀分布的光谱，同时控制飞秒激光器1出射满足实验要求能量的脉冲激光。由样品检测部分Ⅱ中显微物镜18完成样品台19上的各物种飞秒泵浦-探测微区光谱和图像的探测，经过信号接收部分Ⅲ主程序内的数据处理程序，最终输出这种实验条件下的飞秒泵浦-探测光谱和相应动力学过程以及干涉散射图像。

以上发明实施的原理如下：

飞秒泵浦–探测光谱技术中，泵浦脉冲将一部分粒子从基态激发到激发态。一束能量较弱的探测脉冲以相对于泵浦脉冲的时间延迟发送通过样品，然后计算有无泵浦脉冲时样品对探测光的吸收度变化或探测光的透射率变化。利用电控位移台改变泵浦光和探测光光程上的距离，调控两者的相对延时，并对每个延迟时间处的光谱进行记录，最终获得了延迟时间和波长响应的飞秒泵浦–探测光谱。飞秒泵浦–探测技术探测到的光谱数据中包含基态漂白(GSB)、受激发射(SE)、激发态吸收(ESA)过程的贡献。

非共轴光参量放大技术中，用焦距为3mm的凸透镜将0.100μJ的飞秒脉冲聚焦到3mm厚度的蓝宝石板上以产生超连续白光(WL)种子，通过5mm凸透镜收集白光光束并聚焦到合频晶体处作为种子脉冲，中间通过小孔光阑选择白光光谱均匀的中心部分(直径约整体的20％)；通过倍频晶体对另一束800nm的飞秒脉冲进行倍频，使用二次谐波分离器将倍频后的400nm飞秒脉冲分离出来，经过光学延迟线后反射至合频晶体处作为泵浦脉冲，调节两束飞秒脉冲于合频晶体处的重合，并旋转合频晶体角度以确保宽带相位匹配，可实现种子脉冲在空间上的连续均匀放大。

在基于脉冲调制的干涉散射泵浦探测成像系统当中，所检测的信号为点散射体的散射光与参考光的干涉信号，泵浦光会带来光诱导吸收共振和材料局域密度变化，因此，干涉信号的对比度主要取决于泵浦光引起的折射率实部变化，折射率实部变化越明显，信号的对比度越高，而折射率虚部的变化(激子漂白)则会降低相机探测到的信号强度。利用非共轴光参量放大器选择能最大化折射率实部变化的泵浦波长激发样品，并选择可以最小化折射率虚部变化的探测光波长探测样品，可以最大化干涉散射的泵浦探测显微成像的对比度。于此同时，调节探测光的波长使其位于样品的基态吸收以外，由于样品对于探测光的吸收很小，可以进一步提升探测光的通量而不用担心样品损坏，从而进一步提高成像的信噪比。通过对不同泵浦/探测光波长和通量的选择，可实现纳米尺度下的单颗粒样品的时间分辨、高灵敏度检测。

实施例2

本实施例涉及一种基于脉冲调制的干涉散射泵浦探测成像方法，包括如下步骤：

S1.产生及调节泵浦光和探测光，具体包括：飞秒激光器1出射激光经分束片2分为两束，反射的一束为第一光束B1，透射的一束为第二光束B2；B1经过由全反镜3、全反镜4、全反镜5、全反镜6的反射进入非共轴光参量放大器7，生成第三束光B3,第二束光B2经过全反镜10，非共轴光参量放大器11，生成第四束光B4，B4依次经过连续衰减片12、斩波器13、窄带滤光片14、凸透镜15；

S2.探测并收集样品的散射光以及样品面的反射光，包括：第三光束B3经过二向色镜16、50％/50％分束片17，与被50％/50％分束片17反射的第四束光重合，形成第五束光B5，B5经过显微物镜18汇聚到样品台19上的样品上，产生的样品散射光为第六光束B6，样品面反射光为第七束光B7，经显微物镜18收集、二向色镜16、50％/50％分束片17进入接收部分Ⅲ；

S3.接收并处理光谱和图像信息，包括：第六光束B6和第七光束B7共同经分束镜21分为第八光束B8和第九光束B9；第八光束B8经凸透镜23、单色仪24、光电探测器25和锁相放大器27与计算机28端口相连；第九光束B9经凸透镜22和互补金属氧化物半导体29与计算机27端口相连。

第一光束B1经非共轴光参量放大器Ⅰ调制后的飞秒脉冲作为泵浦光。

第二光束B2经非共轴光参量放大器Ⅱ调制后的飞秒脉冲作为探测光。

将经过调制的泵浦光和探测光进行合束，利用显微物镜汇聚的泵浦光激发样品，使样品分子从基态激发到激发态，再通过探测光对激发态分子进行探测，得到飞秒泵浦–探测信号。

所述信号光经收集后进入光电探测器转换为电信号，锁相放大器用于从电信号中解调出信号成分，信号输入计算机形成动力学结果曲线。

信号光进入互补金属氧化物半导体，输入计算机形成飞秒泵浦—探测空间图像。

泵浦光和探测光分别通过两个光参量放大器产生并调制。

将泵浦光作用后引起的样品局域极化率变化，视为点散射体，对探测光照射到点散射体上形成的散射光B6、样品面的反射光B7之间的干涉信号进行检测。

利用非共轴光参量放大技术调制泵浦光和探测光的中心波长，根据共振增强原理选择合适的泵浦/探测脉冲参数，增强第六光束B6与第七光束B7之间的干涉信号强度，提高检测灵敏度。

利用非共轴光参量放大技术调制泵浦光和探测光的谱线宽度，减少系统中光学元件与反射光B7之间的干涉，降低背景干扰。

本发明将超快光谱技术与干涉散射成像方法相结合，可实现一种高灵敏度的成像方法，实现对单颗粒样品的检测，可视化能量载体的传输，分布和弛豫过程。再利用非共轴光参量放大技术调制泵浦/探测脉冲，抑制激子漂白，最大化激发态吸收过程，实现飞秒时间分辨率下的激子共振干涉信号增强，这项技术在仅利用中心波长为800nm的飞秒钛宝石激光器作为光源的条件下，可以提升泵浦探测成像系统的灵敏度，有助于揭示传统泵浦探测和成像技术不能检测到的新的科学现象。

Claims (6)

1.一种基于脉冲调制的干涉散射泵浦探测成像系统，由泵浦光和探测光的产生及调节部分(Ⅰ)、样品检测部分(Ⅱ)、信号接收部分(Ⅲ)组成，置于同一光学平台上；

泵浦光和探测光的产生及调节部分(Ⅰ)由飞秒激光器(1)、第一50%/50%分束片(2)、第一全反镜(3)、第二全反镜(4)、第三全反镜(5)、第四全反镜(6)、第一非共轴光参量放大器(7)、连续衰减片(8)、λ/2玻片(9)、第五全反镜(10)、第二非共轴光参量放大器(11)、连续衰减片(12)、斩波器(13)、窄带滤光片(14)、第一凸透镜(15)组成；飞秒激光器(1)出射激光经分束片(2)分为光强相同的两束，反射的一束为第一光束(B1)，透射的一束为第二光束(B2)；第一光束(B1)经过由第一全反镜(3)、第二全反镜(4)、第三全反镜(5)、第四全反镜(6)的反射进入第一非共轴光参量放大器(7)，生成第三光束(B3)后，进入样品检测部分(Ⅱ), 第二光束(B2)经过第五全反镜(10)，进入第二非共轴光参量放大器(11)，生成第四光束(B4)，第四光束(B4)依次经过连续衰减片(12)、斩波器(13)、窄带滤光片(14)、第一凸透镜(15)连续调制后，进入样品检测部分(Ⅱ)；

样品检测部分(Ⅱ)由二向色镜（16）、第二50%/50%分束片(17)、显微物镜(18)、样品台(19)组成；二向色镜(16)、第二50%/50%分束片(17)、显微物镜(18)、样品台(19)从左至右排列且位于同一水平线上；第三光束(B3)经过二向色镜(16)、第二50%/50%分束片(17)，与被第二50%/50%分束片(17)反射的第四光束(B4)重合，形成第五光束(B5)，第五光束(B5)经过显微物镜(18)汇聚到样品台(19)上的样品上，产生的样品散射光为第六光束(B6)，样品面反射光为第七光束(B7)，共同经显微物镜(18)收集、二向色镜(16)、第二50%/50%分束片(17)进入接收部分(Ⅲ)；

信号接收部分(Ⅲ)由空间滤波器(20)、第三50%/50%分束片(21)、第二凸透镜(22)、第三凸透镜(23)、单色仪(24)、光电倍增管(25)、高压电源(26)、锁相放大器(27)、计算机(28)、互补金属氧化物半导体(29)组成；第六光束(B6)与第七光束(B7)共同经第三50%/50%分束片(21)分为第八光束(B8)和第九光束(B9)；第八光束(B8)经第三凸透镜(23)、单色仪(24)、光电探测器(25)和锁相放大器(27)与计算机(28)端口相连；第九光束(B9)经第二凸透镜(22)和互补金属氧化物半导体(29)与计算机(27)端口相连。

2.一种基于脉冲调制的干涉散射泵浦探测成像方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.产生及调节泵浦光和探测光，具体包括：飞秒激光器(1)出射激光经分束片(2)分为两束，反射的一束为第一光束(B1)，透射的一束为第二光束(B2)；第一光束(B1)经过由第一全反镜(3)、第二全反镜(4)、第三全反镜(5)、第四全反镜(6)的反射进入第一非共轴光参量放大器(7)，生成第三光束(B3), 第二光束(B2)经过第五全反镜(10)，第二非共轴光参量放大器(11)，生成第四光束(B4)，第四光束(B4)依次经过连续衰减片(12)、斩波器(13)、窄带滤光片(14)、第一凸透镜(15)；

S2.探测并收集样品的散射光以及样品面的反射光，包括：第三光束(B3)经过二向色镜(16)、第二50%/50%分束片(17)，与被第二50%/50%分束片(17)反射的第四光束(B4)重合，形成第五光束(B5)，第五光束(B5)经过显微物镜(18)汇聚到样品台(19)上的样品上，产生的样品散射光为第六光束(B6)，样品面反射光为第七光束(B7)，经显微物镜(18)收集、二向色镜(16)、第二50%/50%分束片(17)进入接收部分(Ⅲ)；

S3. 接收并处理光谱和图像信息，包括：第六光束(B6)和第七光束(B7)共同经第三50%/50%分束片(21)分为第八光束(B8)和第九光束(B9)；第八光束(B8)经第三凸透镜(23)、单色仪(24)、光电探测器(25)和锁相放大器(27)与计算机(28)端口相连；第九光束(B9)经第二凸透镜(22)和互补金属氧化物半导体(29)与计算机(27)端口相连；

第一光束(B1)经第一非共轴光参量放大器(7)调制后的飞秒脉冲作为泵浦光；

第二光束(B2)经第二非共轴光参量放大器(11)调制后的飞秒脉冲作为探测光；

将泵浦光和探测光进行合束，利用显微物镜汇聚的泵浦光激发样品，使样品分子从基态激发到激发态，再通过探测光对激发态分子进行探测，得到飞秒泵浦–探测信号；

所述的飞秒泵浦–探测信号光经收集后进入光电探测器转换为电信号，锁相放大器用于从电信号中解调出信号成分，输入计算机形成动力学结果曲线；

飞秒泵浦–探测信号光进入互补金属氧化物半导体，输入计算机形成飞秒泵浦—探测空间图像。

3.根据权利要求2所述的一种基于脉冲调制的干涉散射泵浦探测成像方法，其特征在于，泵浦光和探测光分别通过两个非共轴光参量放大器产生并调制。

4.根据权利要求3所述的一种基于脉冲调制的干涉散射泵浦探测成像方法，其特征在于，将泵浦光作用后引起的样品局域极化率变化，视为点散射体，对探测光照射到点散射体上形成的散射光(B6)、样品面的反射光(B7)之间的干涉信号进行检测。

5.根据权利要求3所述的一种基于脉冲调制的干涉散射泵浦探测成像方法，其特征在于，利用非共轴光参量放大技术调制泵浦光和探测光的中心波长，根据共振增强原理选择合适的泵浦/探测脉冲参数，增强第六光束(B6)与第七光束(B7)之间的干涉信号强度，提高检测灵敏度。

6.根据权利要求3所述的一种基于脉冲调制的干涉散射泵浦探测成像方法，其特征在于，利用非共轴光参量放大技术调制泵浦光和探测光的谱线宽度，减少系统中光学元件与样品面的反射光(B7)之间的干涉，降低背景干扰。