宽带光源（如超连续谱）的时间稳定性，是实现高性能超快串行时间编码放大显微镜(STEAM)的关键因素。由于超连续谱(SC)的产生通常导致具有显著脉冲对脉冲波动的超宽带频谱，所以目前为止仅在STEAM中采用了具有更好的时间稳定性的超短脉冲SC光源。本文介绍了一种简单的方法来实现对皮秒SC稳定性的主动控制，并有助于将SC在STEAM中的适用性从飞秒扩展到皮秒或甚至纳秒。我们使用连续波(CW)触发的皮秒SC光源，在实验上以4.9MHz的帧速率实现了稳定的单触发STEAM成像。这种稳定的SC可以大大减少镜头对镜头的波动，从而显著提高STEAM图像质量。

图 1

图1(a)是用于SC产生的CW触发机制（底部）。在SC生成期间，通过在调制不稳定性(MI)增益谱内注入附加弱CW光（比泵弱~50dB）触发来实现。在这种CW触发方法中，MI增长可以由可控CW而不是噪声来引起，进而以更确定的方式触发随后的孤子裂变。

图1(b)是空间-波长映射模块，利用衍射光栅(600lines/mm)和成像透镜（焦距为50mm）将空间分散的SC光束传送到样品上，然后用样品的空间信息对反向散射SC光束进行编码。

图1(c)是波长-时间映射模块，通过放大色散傅里叶变换(ADFT)将样品的光谱编码图像映射为时间波形，然后由光电检测器捕获并由实时示波器数字化。ADFT本质上是借助于在色散补偿光纤(DCF)(GVD:-356ps/nm)中的群速度色散(GVD)和拉曼光放大的波长-时间映射过程。它不仅具有补偿与GVD相关的固有损耗的优点，而且还提供光学增益以增强STEM中的检测灵敏度。

图 2 CW触发的SC源的频谱和时间特性。

将皮秒锁模光纤激光器提供的强泵浦脉冲（脉冲宽度为5.8ps，峰值功率为22W）和波长可调谐CW光源(80μW)耦合到50m长高非线性色散位移光纤(HNL-DSF)中（零色散波长：1554nm，色散斜率：0.035ps/nm2/km，非线性系数：14W-1km-1）。

图2(a)是被测SC光谱与CW触发波长的函数关系图，当弱CW触发波长被调谐到MI增益边带(1500-1510nm和1610-1620nm)时，SC频谱大大展宽。

图2(b)显示了通过采用实时示波器(4GHz，20GS/s)的实时脉冲幅度统计测量获得的781个滤波后的SC脉冲(1620-1650nm)的幅度直方图。在未触发的情况下，它显示出清晰的长尾分布。相反，当加入CW触发时，SC幅度统计数据几乎为高斯分布，且标准偏差减少50％。这种稳定性的改善也可从未触发和CW触发情况下的实时脉冲迹线中看出（图2(b)的插图）。这种CW稳定的皮秒SC脉冲有利于高速单脉冲STEAM成像。

图 3 

使用基于稳定CW触发SC光源的STEAM系统对印刷在透明薄膜上的测试条形码图案进行成像，如图3所示。图3(a)是示波器捕获的图像编码时间波形（由波长-时间映射生成，蓝色曲线）与光谱分析仪测量的图像编码光谱（由空间-波长映射生成，红色曲线）之间的对比图，很明显，光谱形状与时间波形形状非常相似。图3(b)是用另一个测试条形码编码的时间波形。

为进一步研究SC源的时间稳定性对STEAM图像质量的影响，文中使用未触发的SC光源和CW触发的SC光源的STEAM对USAF-1951标准分辨目标进行成像。STEAM系统以4.9MHz的速率在单射线扫描模式（沿x方向）上操作，通过在正交方向上平移样本来获得二维(2-D)图像。这种1-D（线扫描）STEAM配置适合涉及微流体流动细胞成像的应用。

图 4 用未触发的SC和CW触发的SC的情况下分辨目标的STEAM图像

图4中，(a)(c)是使用CW触发的SC光源的分辨目标(USAF-1951)的STEAM图像；(b)(d)是使用未触发的SC光源的分辨目标的STEAM图像。

显然，对比CW触发的SC拍摄的STEAM图像和未触发的SC拍摄的图像，就图像噪声和图像对比度而言，前者具有更好的图像质量。这主要是因为未触发的SC具有严重的时间不稳定性。

图 5 拭镜纸的STEAM图像

图5中(a)未触发的SC光源，(b)CW触发的SC光源。(c)是(a)(b)中所示同一区域的明亮视野显微镜图像。对于使用未触发的SC的STEAM的情况，透镜纸中的纤维结构几乎不可见，并且图像遭受严重的噪声污染（图5(a)）。相比之下，由CW触发的SC拍摄的STEAM图像（图5(b)）对比度更清晰。

STEAM使用的稳定长脉冲SC（皮秒）源，是通过简单的有源CW触发方案实现的。这种触发方法无需复杂的技术（如精确的延时调谐，锁相，专用反馈控制），就能增强并稳定长脉冲SC。更重要的是，该演示将SC在STEAM中的适用性从飞秒扩展到皮秒甚至纳秒。此外，本系统可以使用较短的近红外(NIR)波长范围，其中CW触发的SC可以通过高非线性光纤（例如光子晶体光纤）和现成的CW激光二极管实现。这种较短波长范围可以实现更好的衍射极限分辨率，对STEAM的细胞成像更有利。目前稳定的SC也适用于稳定的、实时的和超快的光学测量，例如基于ADFT的光谱学和光学时间扩展信号处理。