非线性光学中的超分辨率显微技术

17/23非线性光学中的超分辨率显微技术第一部分超快激光脉冲和光学非线性效应 2第二部分多光子激发显微镜（MPEM）的工作原理 3第三部分受激拉曼散射（SRS）显微镜的成像机制 5第四部分相干反斯托克斯散射（CARS）显微镜的非线性过程 8第五部分超分辨率光片显微（LSFM）的优点和限制 10第六部分扩展视野光片显微（ELSFM）的成像技术突破 11第七部分自适应光学在超分辨率显微中的应用 15第八部分超分辨非线性显微技术在生物医学中的应用前景 17

第一部分超快激光脉冲和光学非线性效应超快激光脉冲

超快激光脉冲是脉宽在飞秒（10^-15s）或皮秒（10^-12s）量级内的激光脉冲。这些脉冲的超短持续时间赋予它们独特性质，包括：

*超高峰值功率：由于能量在极短的时间内释放，超快激光脉冲具有非常高的峰值功率，可以达到吉瓦甚至太瓦量级。

*宽光谱：超快激光脉冲包含广泛的频率成分，从太赫兹到紫外光范围。

*准单色性：尽管具有宽光谱，但超快激光脉冲在中心波长附近表现出准单色性，具有极窄的线宽。

*可脉冲整形：超快激光脉冲可以通过非线性光学技术进行整形，以控制其形状、持续时间和频谱。

光学非线性效应

光学非线性效应描述了材料对强光辐射的非线性响应。当光与材料相互作用时，材料的极化率不是电场强度的线性函数，而是展现出更高的阶次非线性。光学非线性效应因其依赖于光强而成为超分辨率显微技术的关键基础。

超分辨率显微技术中的光学非线性效应

在超分辨率显微技术中，光学非线性效应用于打破传统显微镜的分辨率限制。主要技术包括：

*二次谐波产生（SHG）：当聚焦的超快激光脉冲照射到非线性材料时，会产生二次谐波频率的光。SHG信号仅来自聚焦区域中心的非线性区域，因此可以实现亚衍射极限的分辨率。

*相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）：CARS利用非线性拉曼散射效应，通过聚焦两束不同频率的超快激光脉冲产生相干的拉曼散射光。CARS信号仅在两束激光聚焦重叠的区域发生，允许实现高对比度的亚衍射极限图像。

*受激辐射损耗（STED）：STED使用衍射极限聚焦的耗尽激光束，受激发光分子向基态辐射并抑制自发荧光发射。通过扫描耗尽光束，可以实现高分辨率图像。

这些光学非线性效应利用了超快激光脉冲的特性，通过控制光与物质的相互作用，实现了超越传统衍射极限的分辨率。第二部分多光子激发显微镜（MPEM）的工作原理多光子激发显微镜（MPEM）的工作原理

多光子激发显微镜（MPEM）是一种非线性光学显微技术，它利用了多光子同时激发荧光团的现象。与传统的单光子显微镜不同，MPEM使用波长较长的红外激光，需要多个光子共同作用才能激发荧光团。

基本原理

MPEM的基本原理是基于多光子吸收（MPA）过程。MPA是一种非线性光学现象，其中一个原子或分子同时吸收两个或更多个光子，从而跃迁到激发态。对于大多数荧光团，MPA的概率与光子能量的平方成反比。因此，使用较低能量的红外激光可以减少背景噪音，因为组织中的自发荧光是单光子过程，它比MPA更有可能发生。

优点

MPEM相比于传统单光子显微镜具有几个显著的优点：

*提高穿透深度：红外激光的波长更长，可以更深地穿透生物组织，从而实现更深的成像深度。

*减少光损伤：红外激光能量较低，可以减轻光诱导的细胞损伤，使其更适合对活细胞进行长期成像。

*更高的分辨率：MPEM利用非线性激发过程，可以改善显微图像的分辨率，特别是对于深层组织内的目标。

设计和实施

MPEM系统通常包括以下组件：

*飞秒激光器：产生具有飞秒脉冲持续时间和红外波长的激光。

*扫描系统：将激光束聚焦并扫描到样品上。

*检测系统：检测荧光发射并生成图像。

MPEM成像过程涉及以下步骤：

1.飞秒激光器的红外激光束被聚焦到样品上的一个点。

2.两个或更多个光子同时被样品中的荧光团吸收。

3.荧光团被激发到激发态并发射荧光。

4.荧光被检测并记录下来。

5.扫描系统将激光束移动到样品上的另一个点，重复第1-4步。

6.通过组合各个点的荧光图像，生成整个样品的成像。

应用

MPEM已广泛应用于生物和医学领域，包括：

*活细胞成像

*深层组织成像

*发育生物学

*神经科学

*病理学

MPEM的独特优点使其成为在复杂生物系统中进行高分辨率、无创成像的有力工具。第三部分受激拉曼散射（SRS）显微镜的成像机制关键词关键要点【受激拉曼散射（SRS）显微镜的成像机制】：

1.SRS是一种非线性光学技术，利用拉曼散射效应产生高分辨率图像。

2.SRS成像依赖于泵浦激光和斯托克斯激光之间的非共振相互作用，导致振动激发的分子产生SRS信号。

3.SRS显微镜能够提供高对比度、高灵敏度的图像，这是由于SRS信号与分子浓度成正比，不受散射和自发荧光的干扰。

【SRS成像的优势】：

受激拉曼散射（SRS）显微镜的成像机制

受激拉曼散射（SRS）显微镜是一种基于非线性光学的超分辨率显微技术，它利用拉曼散射过程对样品中的化学成分和结构进行成像。SRS显微镜具有以下特点：

*高分辨率：SRS显微镜的分辨率不受衍射极限的限制，可达到远场激光的波长1/2，通常在数百纳米范围内。

*无标记：SRS显微镜无需使用荧光染料或其他标记，直接对样品的化学键进行成像，避免了标记的引入带来的影响。

*低光毒性：SRS显微镜使用的激发光波长较长，对样品的光毒性很低。

*实时成像：SRS显微镜具有较高的成像速度，可实现实时观察动态过程。

SRS显微镜的成像机制如下：

*激发光：SRS显微镜使用两个波长不同的激发光源，称为泵浦光和斯托克斯光。泵浦光通常是波长较短且能量较高的光，而斯托克斯光是波长较长且能量较低的光。

*拉曼散射：当样品受到激发光照射时，其中某些化学键会发生拉曼散射。拉曼散射是一种非弹性散射过程，其中入射光子的能量发生改变，并且部分能量被散射光子携带走。

*受激拉曼散射：在SRS显微镜中，斯托克斯光与样本中的分子固有振动频率相匹配。当泵浦光和斯托克斯光同时照射样品时，会产生受激拉曼散射。受激拉曼散射与自发的拉曼散射不同，它是由泵浦光激发的，因此强度更高。

*信​​号检测：SRS显微镜通过检测受激拉曼散射信号来进行成像。受激拉曼散射信号的强度与样品中特定化学键的浓度成正比。

SRS显微镜的成像过程可以分为以下几个步骤：

1.扫描：SRS显微镜使用聚焦激光束扫描样品。泵浦光和斯托克斯光同时照射样品。

2.受激拉曼散射：在样品中引起受激拉曼散射，从而产生受激拉曼散射信号。

3.信号检测：检测受激拉曼散射信号。

4.图像重建：将收集到的受激拉曼散射信号重建成图像。

SRS显微镜已经广泛应用于生物学、化学和材料科学等领域。SRS显微镜可以在无标记的情况下对细胞和组织进行高分辨率成像，揭示细胞结构、代谢过程和化学成分。它还可用于研究材料的化学组成和结构，表征纳米结构和缺陷。

优势：

*高分辨率

*无标记

*低光毒性

*实时成像

局限性：

*穿透深度有限

*成像速度较传统荧光显微镜慢

*对样品的机械稳定性要求较高

总的来说，SRS显微镜是一种强大的超分辨率显微技术，具有高分辨率、无标记和低光毒性的优点。它在生物学、化学和材料科学等领域具有广泛的应用前景。持续的改进和开发正在不断提高SRS显微镜的性能，使其成为探索微观世界的有力工具。第四部分相干反斯托克斯散射（CARS）显微镜的非线性过程相干反斯托克斯散射（CARS）显微镜的非线性过程

引言

相干反斯托克斯散射（CARS）显微镜是一种非线性光学显微技术，它利用拉曼散射的非弹性过程来产生反斯托克斯波。该技术具有超高的空间分辨率和穿透深度，使其成为生物成像和组织学研究的重要工具。

CARS显微镜的非线性过程

CARS显微镜的非线性过程涉及两个光波的相互作用：

*泵浦波（ω_p）：来自高功率激光器，通常为近红外波长。

*斯托克斯波（ω_s）：从泵浦波偏振后的弱光波。

这两个波长在焦平面上重合，通过三次谐波生成（THG）过程产生非线性极化：

```

ω<sub>THG</sub>=2ω<sub>p</sub>-ω<sub>s</sub>

```

非线性极化辐射出一个新的反斯托克斯波（ω_as），其频率为：

```

ω<sub>as</sub>=ω<sub>p</sub>+ω<sub>s</sub>

```

非线性极化的产生

非线性极化产生于材料中电子的非线性响应。在CARS过程中，三个光子相互作用产生一个虚拟态，引起电子云的振动。这种振动产生非线性极化，其强度与分子的振动模式有关。

反斯托克斯波的产生

非线性极化以反斯托克斯频率辐射出反斯托克斯波。该波的强度与材料中待检测分子的浓度和振动幅度成正比。反斯托克斯光的频率与分子振动频率相匹配，因此可以用来选择性地激发和检测特定分子。

双光子激发

CARS显微镜通常使用双光子激发技术激发分子振动。这意味着泵浦波和斯托克斯波的能量总和等于分子振动的能量。这种方法提供了高空间分辨率，因为它只能激发样品体积内焦平面处的分子。

振动对比度

CARS显微镜的振动对比度允许可视化生物组织中特定分子振动。通过选择适当的泵浦波和斯托克斯波波长，可以针对鞘脂、脂质、蛋白质等不同生物分子进行成像。这种振动特异性使得CARS显微镜在细胞和组织成像中具有宝贵的诊断价值。

CARS显微镜的优势

*超高空间分辨率：亚微米级分辨率。

*高穿透深度：数百微米，适用于活组织和组织切片成像。

*振动对比度：可视化特定分子的振动模式。

*化学选择性：通过选择性激发不同分子的振动来提供化学对比度。

*非侵入性：近红外波长的使用对生物样品具有较低的损害性。

应用

*生物组织成像和组织病理学

*脂质代谢和动力学研究

*蛋白质结构和相互作用分析

*高速光学成像（例如，活细胞成像）第五部分超分辨率光片显微（LSFM）的优点和限制超分辨率光片显微（LSFM）

优点

*高空间分辨率：LSFM可以实现亚衍射极限的空间分辨率，达到数十纳米的横向分辨率和数百纳米的轴向分辨率，使研究人员能够观察亚细胞结构和生物过程的细微细节。

*快速体积成像：LSFM采用光片照明显微成像技术，通过将激光薄光片扫描整个样品来快速获取三维图像。与传统显微技术相比，这显著提高了成像速度，使研究人员能够研究动态生物过程。

*低光毒性：LSFM使用低强度光片进行激发，最小化了对样品的损伤。这使得长期和活细胞显微成像成为可能，避免了光毒性对生物样品的不利影响。

*组织穿透能力强：LSFM的光片照明方式使其能够穿透厚的散射组织，如组织切片和大活体标本。这提供了对深层组织结构和过程的访问，超越了其他光学显微技术的限制。

*活细胞成像：LSFM与活细胞标记技术相结合，可实现活细胞和组织的超分辨率动态成像。这使研究人员能够实时观察活细胞过程，包括细胞运动、细胞器相互作用和亚细胞变化。

限制

*光照损伤：尽管LSFM使用低光毒性光片，但长时间高强度照射仍可能导致样品损伤。研究人员需要仔细优化照明条件以平衡成像质量和样品健康。

*光学畸变：样品介质的非均匀性，如折射率变化，可能会导致光片照明失真，从而影响成像质量。需要采用补偿技术来校正这些畸变。

*光学限制：LSFM受衍射极限的限制，限制了其轴向分辨率。虽然双光子显微镜等技术可以提供更深的轴向穿透，但它们的空间分辨率通常较差。

*组织制备：LSFM通常需要样品透明化和免疫标记，这可能会改变样品的天然状态并引入潜在的伪影。研究人员需要谨慎选择制备技术并验证其对成像结果的影响。

*计算要求：LSFM产生的图像数据量非常大，需要强大的计算能力进行图像重建和分析。这可能是资源和时间上的限制，尤其是在处理大规模数据集时。第六部分扩展视野光片显微（ELSFM）的成像技术突破关键词关键要点扩展视野光片显微（ELSFM）成像原理

1.ELSFM采用光片平面照明技术，仅激发样品的薄层，大大减少光散射和光漂白，从而实现高信噪比和深层组织的高分辨率成像。

2.通过精确控制光片的位置和角度，ELSFM可以顺序扫描样本，并记录每个光片位置的发射荧光信号。这些信号随后三维重构以生成样品的图像。

3.与传统的共聚焦显微技术相比，ELSFM具有更快的成像速度和更大的成像深度，使其特别适合于动态过程和大型组织的成像。

超分辨率ELSFM技术的发展

1.近年来，ELSFM技术取得了显著进步，包括使用结构照明、多光子激发和自适应光学等技术。

2.这些技术提高了ELSFM的分辨率和成像深度，使其能够解析亚细胞结构和组织中精细的相互作用。

3.超分辨率ELSFM技术在生物医学研究中具有巨大的应用潜力，例如神经元的活动成像和肿瘤微环境的表征。

ELSFM的生物医学应用

1.ELSFM已被广泛应用于神经科学、发育生物学和癌症研究等领域。

2.ELSFM使研究人员能够以高质量的3D分辨率成像活体动物中的神经元活动和发育过程。

3.在癌症研究中，ELSFM可以表征肿瘤微环境，识别侵袭性细胞，并指导治疗方案。

ELSFM的未来趋势

1.ELSFM技术仍在不断发展，其未来趋势包括结合人工智能和机器学习来提高成像质量和分析速度。

2.多模态ELSFM与其他成像技术相结合，例如光声成像或相干层析成像，可以提供样品的综合信息。

3.ELSFM的应用范围不断扩大，预计将在更多领域的科学研究和医学诊断中发挥重要作用。

ELSFM技术的挑战

1.ELSFM技术面临的主要挑战之一是光损伤，特别是对于长时间的成像。

2.样品的运动和漂移也可能影响ELSFM的图像质量和成像深度。

3.大数据处理和分析对ELSFM成像后的数据处理提出挑战，需要发展高效的算法和软件工具。

ELSFM技术的局限性

1.ELSFM技术仅适用于透明或半透明样品，不适用于不透明样品或组织深层。

2.ELSFM成像受限于光学的衍射极限，其分辨率最终受到激发光波长的限制。

3.ELSFM系统的复杂性和成本可能限制其在广泛应用中的使用。扩展视野光片显微（ELSFM）的成像技术突破

扩展视野光片显微（ELSFM）是一种基于光片显微技术的光学成像方法，它通过克服传统光片显微的视野限制，实现了大视场、高分辨率的活体生物组织三维成像。

成像原理

ELSFM利用了一束薄而平行的激光束，垂直于组织样本照射。该激光束在样本中激发荧光，而发射的荧光信号通过物镜收集，并在光电倍增管或高速相机上检测。通过扫描激光束并同步移动样品，可以逐层获取组织样本的三维荧光图像。

突破性改进

ELSFM相对于传统光片显微技术，引入了以下关键技术突破：

*扩展视野照明：ELSFM采用定制的照明光学元件，使用面光源或线光源对组织样本进行照明，大幅扩展了照明区域，从而扩大了成像视野。

*高效光片收集：ELSFM采用大视场物镜和高灵敏度探测器，以高效收集发射的荧光信号。这使得即使在较深的组织层中，也能获得高信噪比的图像。

*纠差和去畸变：ELSFM结合了先进的算法和光学技术，以校正照明和检测路径中的光学畸变。这确保了整个成像区域内图像质量的一致性。

成像优势

ELSFM技术的这些突破性改进带来了以下成像优势：

*大视场成像：ELSFM的典型视场可超过10毫米×10毫米，比传统光片显微技术大几个数量级。这使得大规模生物组织的三维成像成为可能。

*高分辨率成像：ELSFM提供高达亚微米的横向分辨率和2-3微米的轴向分辨率，使清晰成像精细的细胞结构和亚细胞结构成为可能。

*快速成像：ELSFM可以以较高的成像速率（通常为每秒几百帧）获取三维图像，使动态生物过程的实时成像成为可能。

应用

ELSFM已广泛用于生物医学研究，包括：

*器官发育和形态发生研究：ELSFM的大视场成像能力使研究人员能够探索整个器官和组织的三维结构和功能。

*神经科学：ELSFM的高分辨率成像可用于研究神经元的形态、突触连接和活动。

*癌症生物学：ELSFM可用于研究肿瘤的生长、侵袭和转移。

*药理学：ELSFM可以用于评估药物的疗效和毒副作用，并研究药物作用的机制。

结论

扩展视野光片显微（ELSFM）通过突破性改进，实现了大视场、高分辨率和快速的活体生物组织三维成像。ELSFM技术在生物医学研究中具有广泛的应用前景，有望进一步推进我们对生物系统的理解。第七部分自适应光学在超分辨率显微中的应用关键词关键要点自适应光学在超分辨率显微中的应用

主题名称：自适应光学的基础原理

1.自适应光学是一种实时补偿大气湍流影响的光学技术。通过测量波前畸变并在可变形镜或液晶空间光调制器上施加相位校正，它可以消除波前畸变。

2.自适应光学系统通常包括波前传感器、可变形元件和控制器。波前传感器测量波前畸变，可变形元件引入相位校正，控制器根据波前传感器数据调整可变形元件的形状。

主题名称：自适应光学在显微中的优势

自适应光学在超分辨率显微中的应用

自适应光学（AO）是一种先进的技术，用于校正光学系统中的像差，在超分辨率显微技术中有着至关重要的作用。通过校正光路中存在的波前像差，AO可以优化光场分布，从而提高成像质量和分辨率。

原理

AO系统通过使用可变形镜（DM）或空间光调制器（SLM）来补偿光路中的像差。这些器件可以根据实时测量的波前形变进行变形，从而校正光路中的像差。

在超分辨率显微中的应用

在超分辨率显微技术中，AO主要应用于以下方面：

1.像差补偿

在超分辨率显微系统中，光路中不可避免地存在各种像差，例如球差、彗差、像散等。这些像差会降低成像质量和分辨率。AO可以通过补偿这些像差来改善成像质量，从而提高分辨率。

2.光场整形

AO还可以用于光场整形，优化光场的分布以适应特定的成像需求。例如，在结构光照亮（SIM）超分辨率技术中，AO可以生成具有特定模式的结构光，从而提高成像分辨率。

3.焦深扩展

在显微成像中，焦深是一个非常重要的因素。AO可以通过补偿球差或其他像差来扩展焦深，从而提高显微成像的体积分辨率。

4.多光子显微

在多光子显微技术中，AO可以用于补偿色差和球差，从而改善多光子激发的效率和分辨率。

具体实现

AO系统在超分辨率显微中的实现一般采用以下步骤：

1.波前测量

使用波前传感器（如Shack-Hartmann传感器或干涉仪）测量光路中的波前形变。

2.波前校正

根据波前测量结果，使用DM或SLM进行波前校正，补偿光路中的像差。

3.成像

采用特定的超分辨率显微技术进行成像，其中光路像差已得到校正。

优势

AO在超分辨率显微中具有以下优势：

*提高成像质量和分辨率

*扩展焦深

*优化光场分布

*适应不同的成像需求

应用示例

AO已成功应用于各种超分辨率显微技术，包括：

*结构光照亮显微技术（SIM）

*受激发射损耗显微技术（STED）

*光激活定位显微技术（PALM）

*随机光学重构显微技术（STORM）

*多光子显微技术

这些应用表明，AO在超分辨率显微领域具有广阔的应用前景，能够进一步提高成像质量和分辨率，为生物学、医学和材料科学等领域的研究提供有力支撑。第八部分超分辨非线性显微技术在生物医学中的应用前景超分辨率非线性显微技术在生物医学中的应用前景

超分辨率非线性显微技术的发展为生物医学研究带来了前所未有的机遇，使其能够以纳米尺度解析生物系统的精细结构和动态过程。此类技术在神经科学、细胞生物学、癌症生物学和传染病研究等领域具有广阔的应用前景。

神经科学：

*揭示神经元和突触的亚细胞形态和连接性，为理解神经网络的结构和功能提供深入见解。

*追踪神经元活动，包括钙离子浓度的变化和电生理信号，以研究神经环路的动力学。

*开发脑-机接口，通过实时监测神经元活动控制外部设备。

细胞生物学：

*可视化亚细胞器，如线粒体、内质网和细胞核，以研究它们的形态、动态和相互作用。

*跟踪细胞骨架蛋白的运动，了解细胞运动、形态发生和分化的机制。

*研究细胞内信号转导途径，监测蛋白质相互作用和修饰的实时过程。

癌症生物学：

*鉴别癌细胞的异质性，确定不同亚群的特征和功能。

*评估肿瘤血管生成和免疫反应，指导抗癌治疗的靶向性策略。

*研究癌细胞的侵袭和转移机制，探索预防和治疗新的途径。

传染病研究：

*可视化病毒和细菌的入侵和复制过程，了解它们的致病机制和宿主-病原体相互作用。

*开发快速的诊断和监测技术，早期检测和跟踪传染病的传播。

*研究抗感染治疗的有效性和抗药性机制，支持药物开发和疾病管理。

数据丰富的案例研究：

*利用STED显微镜，解析神经元的突触后膜，揭示其令人难以置信的复杂性和动态性。

*通过多光子显微镜，深入组织成像，观察活体内神经元活动的实时变化。

*使用自适应光学显微镜，补偿细胞和组织的不均匀性，实现超分辨率纵向成像。

*应用非线性光学显微技术，绘制具有亚纳米分辨率的蛋白质相互作用图，阐明复杂的细胞信号通路。

*通过结合光激活局部化显微镜和多光子荧光显微镜，同时成像活细胞中的单个分子和细胞结构。

未来的方向：

超分辨率非线性显微技术仍在不断发展，新的技术和应用不断涌现。未来的方向包括：

*提高分辨率和穿透深度，以探索组织内部更深的结构和动态。

*开发多模态成像技术，将多种显微技术相结合，以获得互补的生物信息。

*利用机器学习和人工智能自动化图像分析，实现高通量和准确的数据处理。关键词关键要点主题名称：超快激光脉冲

关键要点：

1.超快激光脉冲具有飞秒或皮秒量级的极短持续时间，可在各种时域和谱域应用中产生非线性效应。

2.超快激光脉冲的高峰值功率和超短持续时间使其成为非线性光学中激发出各种非线性过程的理想工具。

3.超快激光脉冲在超分辨率显微术中的应用通过实现非线性光学效应，例如相位调制、多光子激发和相干拉曼散射，从而提高显微图像的空间分辨率。

主题名称：光学非线性效应

关键要点：

1.光学非线性效应是材料对光照射的非线性响应，其中材料的极化率随着入射光强度的增加而变化。

2.二次谐波产生、参量放大和拉曼散射等非线性效应是超分辨率显微术中提高显微图像空间分辨率的关键机制。

3.不同的非线性效应具有独特的调制特性和光谱选择性，使其适用于不同的超分辨率显微技术。关键词关键要点多光子激发显微镜（MPEM）的工作原理

主题名称：多光子激发

关键要点：

1.MPEM利用多个光子同时激发样品中的荧光分子。

2.每个光子提供较低的能量，必须同时吸收才能达到激发能级。

3.这种多光子吸收过程限制了激发深度，提高了组织内的穿透性。

主题名称：非线性光学过程

关键要点：

1.MPEM利用非线性光学效应，如二光子吸收和三光子激发。

2.这些过程的强度与入射光强度的平方或立方成正比。

3.强烈聚焦的飞秒激光脉冲用于产生非线性激发。

主题名称：超分辨率成像

关键要点：

1.MPEM可以实现超分辨率成像，突破光学衍射极限。

2.通过使用非线性激发过程和光学检测的组合，可以提高空间分辨率。

3.例如，双光子显微镜可以达到约200nm的横向分辨率。

主题名称：三维成像

关键要点：

1.MPEM可以获取生物组织的三维结构。

2.通过机械扫描或双光子层析成像技术，可以获得组织深处的高分辨率图像。

3.三维成像有助于了解组织结构和功能的复杂性。

主题名称：活细胞成像

关键要点：

1.MPEM能够成像活细胞和组织中动态过程。

2.非线性激发对样品损伤较小，允许长期成像。

3.MPEM用于研究细胞运动、相互作用和信号传导。

主题名称：生物医学应用

关键要点：

1.MPEM在生物医学研究中具有广泛应用，包括神经科学、癌症生物学和发育生物学。

2.它可以提供组织内细胞和结构的高分辨率和三维视图。

3.MPEM有助于深入了解疾病机制和诊断的改进。关键词关键要点【相干反斯托克斯散射（CARS）显微镜的非线性过程】

主题名称：CARS的非线性激发过程

关键要点：

1.CARS过程是一个三波耦合过程，涉及两束光(泵浦和斯托克斯光)的相互作用，产生反斯托克斯光。

2.该过程基于拉曼散射的四波混频，其中斯托克斯光与目标分子振动能级发生共振。

3.泵浦光和斯托克