Optical spectroscopy and imaging of microscopic samples have opened up a wide range of applications throughout the physical, chemical, and biological sciences. High chemical specificity may be achieved by directly interrogating the fundamental or low-lying vibrational energy levels of the compound molecules. Amongst the available prevailing label-free techniques, coherent Raman scattering has the distinguishing features of high spatial resolution down to 200 nm and three-dimensional sectioning. However, combining fast imaging speed and identification of multiple - and possibly unexpected- compounds remains challenging: existing high spectral resolution schemes require long measurement times to achieve broad spectral spans. Here we overcome this difficulty and introduce a novel concept of coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) spectro-imaging with two laser frequency combs. We illustrate the power of our technique with high resolution (4 cm-1) Raman spectra spanning more than 1200 cm-1 recorded within less than 15 microseconds. Furthermore, hyperspectral images combining high spectral (10 cm-1) and spatial (2 micrometers) resolutions are acquired at a rate of 50 pixels per second. Real-time multiplex accessing of hyperspectral images may dramatically expand the range of applications of nonlinear microscopy.

We demonstrate an octave-spanning frequency comb with a spectrum covering wavelengths from 1,540 nm up to 3,200 nm. The supercontinuum is generated by pumping a 1-cm long dispersion engineered silicon wire waveguide by 70 fs pulses with an energy of merely 15 pJ. We confirm the phase coherence of the output spectrum by beating the supercontinuum with narrow bandwidth CW lasers. We show that the experimental results are in agreement with numerical simulations.