一种检测样本中的组成物质的量子共振荧光显微镜系统，其使用准直光的飞秒到纳秒探测脉冲激发包含该材料的样本，将探测脉冲分离为频率、偏振、相位和/或幅值的分量特征来定制探测脉冲以优化检测给定材料。将分量特征独立整形并形成为选择来优化从该材料接收的信号响应脉冲的复合脉冲。在某些情况下，组合两个独立重新整形的脉冲，一个重新整形脉冲具有两个混合的偏振状态，另一个为线性偏振。使两个脉冲以90度角交叉以使组合脉冲在XYZ轴的每一个中具有电场。通过测试材料特征变化、将适合度值赋给可优化来自材料的独特光谱响应的变量、使用遗传算法选择增强在典型背景下接收的响应的独特性的分量特征组合，对给定材料为脉冲分量特征选择适当形状。