Базовой установкой для исследований, проводимых в Секторе Рамановской спектроскопии (Центр «Нанобиофотоника») является мультимодальная оптическая платформа – «КАРС» микроскоп (рис.1), позволяющий проводить спектроскопию и микроскопию различных материалов (твердые тела, жидкости, порошки, биологические образцы и др.) на основе спонтанного и вынужденного (когернтного антистоксова) комбинационного рассеяния света.

Рис. 1. Общий вид «КАРС» микроскопа

Открытие когерентных лазерных источников излучения в начале 60-х годов прошлого века резко стимулировало исследования нелинейно-оптических и резонансных методов анализа веществ. При возбуждении нелинейных сигналов используются высокоинтенсивные пико- или фемто- секундные лазеры, которые могут инициировать одновременно несколько нелинейно-оптических явлений: генерация гармоник (ГВГ, ГТГ), двухфотонная люминесценция, когерентное антистоксово рассеяния света (КАРС), и др.
    КАРС представляет собой нелинейный оптический процесс третьего порядка с участием взаимодействующих пучков накачки с частотой ω_н, Стоксовой волны с частотой ω_с и КАРС сигнала на антистоксовой частоте ω_ас = 2ω_н – ω_с, генерируемого в направлении фазового синхронизма (рис .2).

Рис.2. КАРС процесс

 Колебательная контраст в КАРС процессе создается в том случае, когда разность частот Δω=ω_н-ω_с между накачкой и стоксовым пучком настраивается на резонанс с  колебательной модой выбранной химической связи. В этом случае резонансные осцилляции когерентно генерируются полями возбуждения, тем самым создавая интенсивный и направленный антистоксовый сигнал по сравнению со слабым сигналом спонтанного комбинационного рассеяния (большинство молекул имеют малое поперечное сечение КР ~ 10^-30 до 10^-25 см²). КАРС сигналы на 3-4 порядков интенсивнее, чем у  спонтанного процесса комбинационного рассеяния.

Рис.3. Оптическая схема «КАРС» микроскопа

 Для генерации КАРС-сигналов на оптической платформе конфокального лазерного микроскопа (рис.3) установлен перестраиваемый по длине волны (690-990) нм Nd:YVO₄ пикосекундный лазер (Ekspla, PT257-SOPO, Литва) с длительностью импульса 6пс и частотой следования импульсов 85 МГц. Этот лазер служит источником как Стокс волны, так и, одновременно, перестраиваемой по длине волны накачки генерируемой с помощью внутрирезонаторного оптического параметрического осциллятора (ОПО) с максимальной мощностью 200мВт и шириной линии ~ 6 см^-1. Для спонтанного КР сигнала используется или He-Ne лазер (633 нм), или лазер с диодной накачкой на длине волны 532 нм