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奧林巴斯顯微鏡:激光共聚焦顯微鏡係統的結構

2013-10-16  發布者:admin 

中常用的激光掃描共聚焦顯微鏡的激光是高強度的單色光源,這是有用的工具的各種技術,包括光學捕獲,壽命成像研究,光漂白恢複,和全內反射熒光。此外,激光掃描共聚焦熒光顯微鏡的光源,也是最常見的,並已動用,雖然次數不多,在傳統的寬視場熒光調查。

microscope lasers figure1

激光器發出強烈的包單色光的協調性和高度平行,形成一個嚴密的光束,以非常低的速度擴張。比起其它光源,由激光發射極純的波長範圍鹵鎢燈或電弧放電燈是無與倫比的帶寬和相位關係。其結果是,激光束可以在長距離行駛,並可以擴展到填充孔或聚焦到一個非常小的點具有高的亮度水平。除了共同所有的激光器,其中包括增益介質(光源),激勵源(電源)和諧振器的相似之處,這些光源根本不同的規模,成本,輸出功率大,光束質量好,功耗和運行壽命。

大多數激光係統產生的相幹單色光引入了經典的廣角鏡的應用,這些光源的問題。所引入的幹擾,在光路中的每一個表麵的光散射和衍射圖案。此外,字段和孔徑光闌,以及汙垢,也產生偽影。的各種技術,可以最小化或消除這些不期望的效果。最常用的方法,包括時間上的加擾的激光的光源和顯微鏡的光路長度之間的快速變化,或者試樣逐點掃描共聚焦顯微鏡係統中的情況一樣,。此外,往往可以消除幹擾和其他文物的光圈掃描技術。如果路徑長度或相幹態的激光束的波動,以更快的時間間隔比檢測器的積分時間(在效果上的視頻幀速率),散斑散射偽影從圖像中消失的。

受雇於一些調查,以改善微分幹涉對比(DIC)用氬離子激光光源產生的圖像是一個成功的技術來定位圓形玻璃楔形,轉速為2500轉每分鍾,在光路中。迅速變化,光路長度被引入楔厚度的不同楔形前麵擴展的激光束旋轉。目前,路徑長度的變化通常是通過采用光纖的光管路由之間的光的光源和顯微鏡。振動的纖維產生的光路長度在不斷變化,使光束成為在時間上不連貫的,在以下的頻率的振動能級。可能會產生的振動的壓電裝置,揚聲器,或用於在激光頭的冷卻風扇。

圖1中所示,是一種自鎖模鈦:藍寶石脈衝激光,這是目前的優選激光激發源中的多數的多光子熒光顯微鏡調查。鈦藍寶石鎖模激光器提供了大量的波長調諧範圍,從約690到1050納米,脈衝寬度,長度約100飛秒。此外,這些激光器具有足夠的功率(大於100毫瓦整個調節範圍內),在大多數的熒光基團的雙光子激發的飽和。為了確保正常冷卻和濕度控製的激光晶體,被泵入氮氣密封的激光頭,這是由外部冷卻器保持恒溫。

許多激光係統通過產生的光的直線偏振光的偏振矢量垂直取向。這個屬性可以利用應用程序中需要偏振光照明源,如微分幹涉相襯,偏振光測量,或定量的調查,熒光偏振各向異性。

連貫性和偏振特性的激光束的光束的橫截麵,或檔案中的激光的出射反射鏡的距離的增加,從而改變光的分布的量。下麵討論激光束的特點,提出作為一般了解的主題,采用激光在顯微鏡成像,激光俘獲和其他應用程序可能會被證明是有用的。

microscope lasers figure2

當激光工作在最簡單的橫向電磁模式,簡稱為TEM模式(00) ,所發射的光束的平麵波前 ​​和高斯強度(照度)的配置文件。激光束的直徑通常被定義為E(E-2)(13.5%),其峰值強度已經下降到值。的高斯分布的激光束的產生,是因為衍射,從而防止一個完美的準直光束的傳播,並誘導橫向傳播的光的波。附近的激光的輸出孔(稱為近場),相臨的光束變得紊亂。其結果是,光束的橫截麵形狀,尺寸,和輻照剖麵然後迅速變化的激光的距離。在更遠的距離(遠場),由此產生的高斯分布相戰線穩定。在一些文獻中,被稱為近場和遠場菲涅耳區夫琅和費區的替代條款,分別。近場有時也被稱為的瑞利範圍內。在遠處,Ž,定義為遠場開始

Ž2 /λ

A(0)是在出射孔徑的光束直徑,和λ是由激光發出的光的波長。應用這個方程時散發出0.6毫米的腰部直徑的光束在波長為488納米的氬離子激光的遠場開始從出射孔徑約74厘米。

圖2給出的是激光束的幾何形狀和在近場和遠場發散角的概略圖。如上所討論的,光束可以被認為本質上是一個經曆很少在近場傳播的波陣麵的平行束。超出了近場中的光束發散角(θ)的光束從中心到邊緣(E(E-2) ) ,這是衡量,越來越大,成為在確定光束的直徑(D)的最重要的參數,根據等式

光束直徑(D)= 2L•tan(θ)

ð變量標誌著激光束的直徑,L表示從激光出口孔徑在橫梁上的測量點的距離的長度。在實踐中,多個激光束的特性,包括輻照剖麵,是在許多顯微鏡應用的關鍵因素,並在配置的攝像係統的知識的遠場的距離可能是必要的。表一列出一些普遍使用的激光和發射線,典型的光束束腰直徑的距離(使用上麵給出的方程)的計算值。

距離遠場

波長
(nm)

光束直徑
(毫米)

遠場距離
(厘米)

氬離子

488

0.6

74

514

1.0

195

氦氖

543

0.4

30

594

0.7

83

612

0.7

80

632

0.7

78

Nd:YAG激光

355

3.0

2535

532

1.0

188

鈦:藍寶石

790

2.0

506

395

2.0

1012

790

0.8

81

表1

無論光束展品高斯字符大多數激光應用程序是很重要的,因為光束往往有以集中,形,透鏡等光學元件以其他方式修改。高斯光束具有某些可定義的變換特性,這些使能的假設,通過光學係統的光束將如何傳播的。

角半徑(或光束發散角,見圖2),指定由θ(弧度),高斯光束的遠場近似表達式

θ=λ/ΠA 0

(0)是在激光出射孔徑的光束束腰半徑。束腰直徑的激光波長,諧振腔長度,和其它設計參數的空腔是一個函數。從激光的距離(z)的增加,光束束腰半徑由下式給出

(Z)=θ Ž

通常情況下,激光束的光束傳播參數,如MK表(這是相等於M的平方的倒數)的平方,從近場和遠場測量如下的組合確定其特征在於

2 =πA 0 θ/4λ

較小的值,這被稱為一個傳播常數傳播因子2的高光束質量的指標,特別是在更小的直徑和發散參考。因子描述真實的光束的關係的一個理想的高斯光束。

相幹高斯光束具有特定的屬性,導致他們不同於非相幹光光束的傳播和轉化的透鏡和反射鏡。的衍射極限的光束的情況下,高斯光束的強度分布是高斯分布,提供光束通過鏡頭的光圈值不被截斷。當高斯光束直徑的二分之一的鏡頭孔徑,出射光束的強度分布保持高斯。當高斯光束直徑等於鏡頭的光圈的直徑,輸出光束的強度分布是高斯函數的艾裏斑的混合物。最後,一​​個高斯光束的直徑明顯大於鏡頭的光圈的直徑產生的艾裏斑的輸出的檔案。在後一種情況下,激光功率可能會丟失由於透鏡入射孔徑滿溢。

高斯光束的光學係統的總體主題是徹底覆蓋在眾多的教科書,可以從更全麵的來源和細節這裏就不討論了。高斯光束的兩種類型的操作是特別感興趣的顯微鏡,利用激光- 束濃度擴束

當激光束聚焦到一個非常小的光斑的像差顯微鏡物鏡(梁濃度)的焦點(在距離z)的光斑半徑的表達式由下式給出

(Z)=λ f /ΠA 0

其中,f是透鏡的焦距。作為一個例子,如果一個100x物鏡的數值孔徑為1.3(約1.6毫米的焦距)集中的488納米的氬離子激光束的具有半徑為0.3毫米,聚焦光點半徑(決定從前麵的方程)是0.8微米。增加光束腰通過擴束(在下麵討論)的5倍,將導致在聚焦光點半徑的約0.16微米。

microscope lasers figure3

重要的是要注意,非常高的功率密度達到濃縮的激光束的焦點。10毫瓦的光束聚焦到衍射極限的光點0.22微米直徑的結果,在約30百萬瓦特每平方厘米的功率密度。這樣高的能量水平,可以迅速降解或破壞透鏡和功能塗料,以及引入相當大的光化學損傷的生物樣本。然而,對於這樣的微小光點的大小,可以是熱能的擴散在水中可能做一個高能量的近紅外線光束的試樣吸收的能量足夠高的生物試樣的損傷小,除非如此有效。

在許多應用中的激光器在光學顯微鏡中,激光束擴展所使用的開普勒伽利略擴束器的,其中任何一個實際上是一個反轉的望遠鏡(典型的激光擴束器解剖特征,圖3中所示)。相幹高斯光束的發散性可被減小,並優化在一個較長的距離,準直的光束,如果激光束被第一膨脹。參見上述方程,光束的角半徑,θ指定的光束束腰半徑,(0) ,在激光出射孔徑成反比。因此,擴大束腰半徑減小比例的分歧。

顯微鏡管直接進入顯微鏡的光路的激光輸出通過一個靈活的光纖(如在圖4中示出)的許多應用中,很實用。這種技術是最好的替代方法,嚴格對齊,這就需要采用一個巨大的,無振動的光學平台和眾多的固定反射鏡和其他組件的激光和顯微鏡。

當激光束被聚焦到一個光纖的透鏡的耦合效率,從纖維束的特性在很大程度上依賴於纖維的幾何形狀。利用激光光傳輸的光學纖維的構造與稠合的二氧化矽纖芯。這些纖維包括具有高折射率的二氧化矽製造的內芯,將由套筒環繞的,被稱為包層的折射率低的材料組成。防止光逸出的纖維沿其長度方向的纖芯和包層的界麵處的全內反射。包層可以由二氧化矽,玻璃,硬的含氟聚合物,或柔軟的聚矽氧烷。

單模或者多模光纖被分類為根據其內芯的直徑。甲單模光纖允許僅在最低階模式的傳播,在一個特定的波長(圖4)。傳播的波長和波的極化保存由纖維直徑。雖然其他波長的傳播,他們這樣做效率降低。典型的單模光纖的直徑範圍從3到6微米的可見光的波長,和輸出的單模光纖的輻照剖麵是高斯分布。

microscope lasers figure4

一種多模光纖中的一個以上的模式中,使傳播,並且不局限於單一波長。多模光纖的內芯是大於,取值範圍從大約100微米到1.2毫米直徑的單模光纖。從多模光纖的輸出輻照剖麵的扁平形狀,簡稱為頂帽檔案中,數值孔徑,是由纖芯和包層的折射率。

接受的錐角θ,相關的光纖芯的纖維的數值孔徑NA,如下

NA = sin θ/(n2core - n2cladding)1/2

其中Ń表示折射率。當光纖纖芯的數值孔徑和光束濃度透鏡相匹配時,會發生的激光光的光纖芯的高效耦合。通常是通過光纖的光傳輸效率高達約90%,但也可以大幅減少(隻有60%或70%)具有非常小的半徑(小於3厘米)的彎曲。

在利用任何激光,這是至關重要的,不僅是為了防止任何直接或鏡麵反射的激光光線進入觀察者的眼睛,也能避​​免反射的光束的光學係統返回到激光係統的一個組成部分。前者是一個明顯的人身安全預防措施,而後者謹慎重要的是防止返回相幹光束返回到激光,可能導致損壞係統的一個額外的反射器。

穩定性的激光光源是在許多應用中的一個重要方麵,尤其是在定量顯微鏡,照度波動產生不利影響的實驗結果。一些有關的受激發射和諧振腔長度的波動因素可誘導的輸出光束中的頻率的噪音,但可以創建其他擾動引起的幅度波動高頻的強度噪聲和光輸出功率的緩慢變化(漂移)。這些強度波動的某些源與激光頭本身或電源的功能。最常見的來源噪聲輸出光束各種激光類別列示如下

· 氣體激光器 -諧振器的振動,噪聲光泵浦源,等離子振蕩,離子放電過程中的不穩定性,電源電流的波動,從冷卻水湍流顫,風冷係統和風扇引起的噪聲鏡失調潛在的噪聲源。

· 固態激光器 -噪聲源包括顫,泵源燈和二極管泵腔對準誤差和隨機頻率相關的噪聲(稱為1 / F噪聲),是關係到激光介質的熱波動波動。

· 染料激光器 -這兩種噪聲(高頻)和漂移造成的密度不均勻性和在染料溶液中的氣泡,染料泵,激光泵源的不穩定性。

· 半導體(二極管)激光器噪聲-可能會導致從驅動器中的波動(偏置)電流或溫度和的1 / f噪聲引起的交界處的載流子的俘獲,由其他類型的載流子(電子-空穴)複合效果。

所有的激光易受電源引入的噪聲, 開關電源,這已成為常見的,因為他們的效率和小尺寸可能特別介紹紋波激光係統到數十千赫茲的頻率範圍。這類幹擾,當它影響的光束在光學顯微鏡係統中,可能是特別麻煩的診斷與排除。的主要困難是由於噪聲引入到係統中由其它來源,如在實驗室環境中的電磁場之間的相似性。為了實現足夠的輸出穩定性,半導體激光器必須具有最高的電穩定性和最低的噪聲可與二極管電流供應操作,並且具有精確的溫度控製。其他外部噪聲源必須加以控製,包括在實驗室中的灰塵和震動,源於當地的交通和建築設備。

可以穩定的任一電子控製的管電流,或通過利用外部元件的光強度調製的連續波(連續波)激光束強度。通常采用兩種不同的方法,以控製管的驅動電流。在恒流模式下,管電流直接控製由一個電子反饋回路,以減少波動。由於激光輸出也隨溫度變化,這種類型的控製電路是最有效的,如果提供足夠的溫度控製, 通過控製驅動電流的恒定輸出功率穩定係統運營響應於來自電路的信號進行采樣的輸出光束分束器和光電二極管顯示器。這種物理的安排適用於氣體激光器和其他一些幾何形狀,但更小的激光二極管通常組裝在包中已經包括一個整體的光電二極管的。的監視器光電二極管樣品從後側麵的激光晶片發射,並產生一個信號,使反饋控製的輸出功率。

microscope lasers figure5

用於提供穩定的激光強度的外部元件通常采用快速的反饋係統來控製的電-光調製器,束功率波動最小化。普克爾盒外部調製器(見圖5)是可從許多製造商,並且可以使用,在原則上,任何連續波激光的輸出功率穩定。可以用這種技術校正大強度的波動(高達約50%),但在總輸出功率按比例減少。廣泛的糾錯能力與許多係統是很重要的。氦鎘激光,例如,可以表現出20%左右的輸出功率變化,部分原因是由於強大的等離子振蕩之間有一定的束頻率。係統的存在,據報道,適合用於調節連續波鎖模激光器,其輸出功率的百分之幾百分之一內,從直流到幾百兆赫的頻率範圍內,噪聲衰減500:1,或更大。

普克爾盒的一個調製器的基本組成部分,如圖5所示。外部設備調節激光輸出強度,在圖5所示的設計相似,有時被分類或銷售長期噪聲挑食。利用Pockels效應的電光調製器背後的基本概念是基於一種機製,用於改變偏振特性的細胞在以極快的速度,提供一種可變光束衰減器,用於控製激光的強度。的激光輸出的偏振態確定的調製器的總衰減量,但高達80%的傳輸是可能的。從激光頭發射的光束的一部分由分束器被轉移到一個光電二極管,它的強度進行比較,以預先設定的(可選的)的基準強度,和放大的差分信號,以便它可以驅動的電光普克爾盒調製器。放大後的信號產生一個旋轉的偏振麵在單元格中的折射率變化,從而改變光束衰減成比例的差分電壓施加。其中表現出變化的偏振特性的物質在電場中的變化(Pockels效應)的磷酸二氫鉀,铌酸鋰,並在光束調製器通常利用這些材料的晶體。

隨機偏振的光的情況下,由普克爾盒係統是穩定的,調製器必須被定位在交叉的偏振器之間,以及進一步的考慮是必要的,以盡量減少這些額外的元件上的光束的穩定性的影響。由於灰塵,振動,和其它幹擾,可以在任何點的光路中,改變光束的穩定性是重要的,外部的穩定劑被放置在盡可能靠近試樣位置在光學顯微鏡係統。這方麵的努力,以確保最穩定的光束被傳遞到試件。

無論是氬離子激光器,氪離子激光的發射線產生多個功率電平有很大的差別,從稀有氣體的轉換,隻有少數的線適合於顯微鏡應用。被廣泛采用空氣冷卻的氬離子激光作為光源的共聚焦顯微鏡,因為其亮度電平,體積小,優良的光束的幾何形狀,熒光素和羅丹明(效率降低)激發的譜線的適用性。大多數在寬視場或共聚焦熒光顯微鏡利用氬離子激光器發射兩個可用的線,488和514.5納米,這表示大約75%的總激光功率。高功率(大於5瓦)配備了特殊的反光鏡氬離子激光器能發出紫外光線,334,351,和364納米,以及額外的線延伸,從458到529納米的可見光波長。

氪離子激光器,氬激光器相比,由於他們有點長波長輸出在顯微鏡的應用較少。此外,氪氣如氬氣,使用時,在同一管盡可能多的功率隻產生10〜30%,往往需要冷卻水,以產生空氣冷卻的氬氣係統的等效功率輸出。風冷離子激光器的一個主要缺點是缺乏效率的,這導致大的功率要求和產生過多的熱量通過強製空氣排氣扇,必須從係統中刪除。離子激光器的壽命的降低是由於氣體的消耗,與被困埋氣體放電管的壁內作為激光手術所需的高電流密度的結果。

使用氬氪混合物風冷激光器在激光共聚焦顯微鏡已成為流行,幾枚照明波長時,都需要雙重或多重熒光的研究。這種混合氣體激光器隻能夠產生穩定的輸出主要是很好的波長光譜分離。通常利用激光共聚焦顯微鏡的三個激光線,488納米和568納米線具有大致相等的電源(10〜15毫瓦),而在647納米線具有約50%以上(15〜25毫瓦)。所有離子激光器具有光束質量優異,可以購買各種廠家單線,多線,可調配置。

常見的氦氖激光發射633納米(稱為氦氖線)已發展具有綠色(543納米),黃色(594納米),橙色(612納米)的排放量的變種,並輔以(1523納米)的近紅外光譜範圍內。雖然大多數的這些激光器的發射器和單行相對較低的功率(小於10毫瓦),氦-鎘激光器是一個例外,在325或442納米具有大於50毫瓦的功率發射。

microscope lasers figure6

氦鎘激光器(如圖6所示)被認為是氦-氖家庭的成員,並代表一種經濟的連續波輸出源中的紫外線(325納米,在75毫瓦和353在20毫瓦)和紫色(442納米,在200毫瓦)光譜區域。依靠這些激光器作為激光介質,均勻地從加熱鎘儲層的孔分布(約250度),通過氣相電泳鎘蒸氣。氦氣泵保持恒定的氦氣的壓力,這是高於鎘蒸汽一千倍左右。氦鎘激光束噪聲顯示更多比氦氖同行,主要是因為金屬鎘濃度蒸氣孔的局部波動。他們也有壽命較短,一般約5000個工作小時。

一組研究者描述了一個比成像耦合到在氬激光器工作在488納米和442納米的氦-鎘激光器發射的激光共聚焦顯微鏡的使用。此係統允許組測量的強度比,從pH值敏感的染料BCECF [ IUPAC名稱具有2',7'-雙- (2 -羧基乙基)-5 - (6) -羧基熒光素]在隔離腎小管。已經作出了類似的測量,利用458納米線的氬激光廣角和共聚焦顯微鏡係統。另一位研究人員報告說,使用325納米的氦鎘激光輸出同時激發兩種染料和執行排放比成像。

氦氖激光器廣泛的生物醫學和工業應用中使用最廣泛的激光係統,並顯示最優越的任何激光的高斯光束質量。這些激光器很容易在相對較低的成本,具有緊湊的尺寸,並具有使用壽命長(通常達到40,000到50,000小時)。低功耗的要求,卓越的光束質量(實際上是一個純高斯分布),和簡單的冷卻要求(對流)使氦氖激光器的許多共聚焦顯微鏡的選擇係統。

圖7中給出的是一個典型的氦氖激光器係統,它是用玻璃構成的,具有大的氧化鋁冷陰極作為電子發射體的剖開圖。操作中的異常輝光電流密度氣體放電區域,氦-氖激光器一般為高電壓和低電流係統,與放電電流被限製到幾毫安和範圍從幾百至幾千伏的電位。進行性惡化,最終導致濺射的鋁,在陰極上的氧化物塗層是氦氖激光器的工作壽命的限製因素。大直徑放管通常比小管與約10000小時(40,000小時),分別有更長的壽命。

microscope lasers figure7

激光一直沿用了很多年,作為脈衝光源光譜和顯微鏡。輸出被限製在一個單一的線,有337.1納米的波長,脈衝持續時間從皮秒到納秒。的脈衝重複頻率可高達每秒200個脈衝。氮激光器,也可采用發射波長較長的泵的染料分子。此外,這些激光器已被利用作為光源使用的Fura-2的紫外線激發染料用於高速比鈣成像。在此應用中,使用兩個激光器,一個作為337納米的光的直接來源,而另一個是染料泵浦產生380納米的發射。每個激光脈衝的重複頻率為15幀每秒,在與視頻速率同步,產生一個比圖像的時間間隔為66毫秒,一次。

二極管激光器,半導體器件,幾十年來一直在開發,現已有足夠的輸出功率是顯微鏡的興趣。在這些設備中,最常見的工作在近紅外區,但在紅色和藍色區域(最近,其它波長的光),與大的輸出功率的二極管激光器,已被開發。此外,現在這些二極管激光器,提供具有改善的光束形狀和穩定性,使他們能夠在許多應用中取代氦氖激光器。二極管激光器通常介於10,000和50,000小時的壽命,但靜電衝擊是極其敏感的,所以他們必須小心處理。

極大的興趣光學顯微鏡可調諧二極管激光器的發展,這方麵的權力和多功能性與可調諧染料激光器和摻鈦藍寶石激光器(下麵討論如圖1所示),現在可以競爭。可調諧染料激光器有600至1800納米的波長範圍內,並且可以提供5到25毫瓦的功率。它們的優點在於,消除了對於外部冷卻係統的要求相對較低的成本,尺寸緊湊,壽命長等優點,和低發熱量的生產。

二極管泵浦固態激光器(DPSS)利用二極管激光器代替惰性氣體,弧光燈或閃光燈泵固態激光材料。二極管泵浦激光器的氣體(氦-氖)激光的方法,所表現出的功率輸出,光束質量和穩定性,但與二極管激光器的效率和尺寸。二極管泵浦激光器的典型的操作和維護成本是小於氣體激光器,大多數係統中,可以通過對流或強製空氣冷卻。

二極管泵浦的釹-釔鋁石榴石(Nd:YAG激光器)激光器產生毫瓦的功率範圍在1064納米的光。倍頻導致一個緊湊的設備,在532納米的連續波輸出,也可以采用在355納米,以產生脈衝輸出的頻率的三倍。緊密折疊諧振器(TFR)抽釹氟化釔鋰晶體具有高功率和效率產生幾瓦的功率,在1047納米的激光二極管陣列(的Nd:YLF)。倍頻,三倍,四倍這種類型的激光功率輸出高達幾百毫瓦的相幹光時,523,349,和262納米(第二,第三和第四次諧波)。二極管激光器作為泵浦源的其他優點包括延長壽命(通常為5000小時以上,比幾百個小時的燈),準直的和容易集中的輸出相匹配的固態激光器的激射體積小,並大大減少,這通常要求水冷卻時,鹵素弧光燈被用作泵激光棒的熱負荷。

二極管泵浦全固態激光器的發展,推動了工業和商業應用需要高功率(一般在幾瓦)綠色(532或523納米)和紫外線(355納米或349納米,266納米和第四諧波)波長範圍。在紫外光譜區的輸出脈衝能量範圍從100微焦耳至10毫焦,脈衝持續時間在納秒級,高達10 kHz的重複率。這些激光器是非常有用的,在顯微鏡的觸發籠狀化合物的釋放。然而,脈衝重複率,仍然太慢用作大多數共聚焦顯微鏡應用的照明源。

microscope lasers figure8

相結合的二極管泵浦固態激光器與光參量振蕩器OPO的進一步發展,見圖8)產生可調,脈衝輸出是連續可變的,從205納米到2000納米。雖然最初可用的係統是昂貴和複雜的操作,更適合在顯微鏡中使用的按比例縮小的版本被引入。

摻鈦藍寶石激光器(俗稱鈦藍寶石激光器,見圖1)提供可調諧脈衝和連續光傳輸,以及固態可靠性的優勢。這些激光器在高重複頻率(100MHz時),可以提供很短的光脈衝(約80至100飛秒)。的範圍內可調諧的波長從遠紅延伸到近紅外光譜區域(700至1000納米)。大多數這些激光器的操作與由大功率氬激光器的光泵浦,以及需要水冷卻。由於涉及操作和維護摻鈦藍寶石激光器的費用和複雜的結果,它們的使用已主要限於在相對 ​​少數的實驗室多光子顯微鏡。

最近,一個二極管泵浦的Cr:LISAF(鉻摻雜鋁鍶鋰氟化物)激光已被開發,可提供高頻90飛秒激光脈衝的波長為860納米,平均輸出功率為88毫瓦。小尺寸和低功耗要求鉻:LISAF激光使之成為一個有吸引力的多光子熒光顯微鏡的光源代替鈦:藍寶石激光。

結論

其中多光子和激光共聚焦熒光顯微鏡之間的主要區別是這些經常是互補的技術利用激光的類型。多光子顯微鏡的激光是相當昂貴,且難以操作比小型風冷激光共聚焦顯微鏡采用。

用戶友好的的交鑰匙激光源多光子顯微鏡的發展是必要的,如果該技術注定得到廣泛接受。到今天為止,的多光子調查的範圍是有限的,所提供的合適的激光照明光源的激發波長的選擇有限製。為了緩解複雜的激光日常​​維護時間表,擴大有用的激發波長的光譜,在持續飛秒光脈衝激光器的新發展是必不可少的。具體而言,新的激光源必​​須被設計的波長可調諧的整個上可見(500納米)和近紅外部分頻譜。

在過去十年中,許多新的短脈衝激光係統變化可能發現克爾透鏡鎖模摻鈦藍寶石晶體激光器。其他新的係統,如二極管泵浦固態和單模光纖飛秒激光器正在調查他們的潛能作為激發源多光子顯微鏡。在未來,倍頻飛秒脈衝激光器的光學參量振蕩器(OPO的),可提供一個通用的解決方案覆蓋有用的波長範圍內。

應用現狀顯微鏡激光共聚焦顯微鏡,光學誘捕籠化合物和熒光基團,並釋放領域的迅速擴張。緊湊的固態激光器的發展與藍綠色和紫外線光譜區的發射線應該在顯微鏡有助於進一步提高這些設備的利用率。



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