相干拉曼散射顯微術(shù)(Coherent Raman Scattering Microscopy)是一類植根于拉曼散射的光學(xué)顯微成像方法，主要包含相干反斯托克斯拉曼散射(Coherent Anti-StokesRaman Scattering, CARS)和受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering, SRS)兩種方法。CARS/SRS 顯微術(shù)通過(guò)探測(cè)目標(biāo)分子特定的振動(dòng)來(lái)提供成像所需的襯度，通過(guò)非線性光學(xué)過(guò)程大大提高了檢測(cè)的靈敏度，同時(shí)本征地具備三維成像能力。CARS 和 SRS 顯微術(shù)可以對(duì)脂類等不易被標(biāo)記的物質(zhì)成像，還可以很好地通過(guò)選擇振動(dòng)光譜, 對(duì)生物體內(nèi)特定小分子物質(zhì)如藥物等以及生物大分子如核酸、蛋白質(zhì)等進(jìn)行無(wú)需標(biāo)記的成像，因此成為極有潛力的活體(in vivo)成像手段。

拉曼散射是發(fā)生在光和分子振動(dòng)能級(jí)間的相互作用。在不滿足電子能級(jí)共振條件的情況下，分子吸收光子的能量不能完成向電子激發(fā)態(tài)的躍遷，但是可以到達(dá)一個(gè)中間態(tài)，即虛態(tài)。處在虛態(tài)的分子會(huì)迅速向低能態(tài)躍遷，同時(shí)發(fā)射出一個(gè)光子，這就是散射過(guò)程，發(fā)射出的光子就是散射光。如果散射光子和原來(lái)的光子頻率相同，稱之為瑞利散射(Rayleigh Scattering)。如果分子從虛態(tài)向下躍遷時(shí)，到達(dá)比原來(lái)能量高的態(tài)，散射光的頻率將降低，稱之為斯托克斯散射(Stokes Scattering)；相反，如果終態(tài)的能量比初態(tài)低，那么散射光的頻率將升高，稱之為反斯托克斯散射(anti-Stokes Scattering)。斯托克斯與反斯托克斯散射統(tǒng)稱為拉曼散射(Raman Scattering)。顯然，拉曼散射是光的非彈性散射。拉曼散射的截面(cross section)很小，因此自發(fā)拉曼散射的信號(hào)強(qiáng)度通常很低。能量在分子振動(dòng)能級(jí)和光子之間發(fā)生交換，其大小對(duì)應(yīng)振動(dòng)能級(jí)間距，散射光的頻率移動(dòng)(拉曼位移)也因此與分子振動(dòng)的頻率相同。斯托克斯線與反斯托克斯線在光譜上則相對(duì)于入射光的頻率對(duì)稱分布。

受激拉曼散射顯微鏡的工作原理