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聲光學在真正的共焦光譜徠卡顯微鏡係統

2013-11-11  發布者:admin 

最顯著的特征熒光照明(激發)和檢測(排放)的顏色,稱為斯托克斯位移之間的位移。因此,期望進行篩選的激發和發射的特定顏色波段。也有必要區分激發,從入射的光顯微鏡中的排放量,這是一個標準熒光應用。在過去,通常是進行過濾器和分束與平麵光學元件,灰度或彩色濾光片和反射鏡。雖然計劃種類繁多的光學元件是可用的,他們的限製是固定的規範和交換緩慢。嚐試使用不同的角度或梯度塗層作為一種手段微調並不能證明是可行的。一個完全不同的方法是(AOTF)為勵磁控製和激勵發射分離(AOBS)就業的聲光元素。這些設備允許自由的可調性和高速切換

 

 

 

 1:左:兩個球麵波在雙縫(這是最簡單的網格可以想象)的幹擾。建設性的極大幹擾,造成強烈的圖案的物理參數所統治的方向。的方向被稱為 0 順序為正交的射線,1  -1 順序為第一線相鄰的 0 階等。右:由電網引起的幹擾模式具有7個元素。在左側的單色光,在右側的白色光。注意的分散性較高的訂單

 

 

 

 3:在一個光學晶體的周期密度變化類似於一個三維晶格。聲波的周期定義的晶格常數d。

 

 

 

 5:注射液從激光電池或從一個白色的光的激光掃描顯微鏡的光路中的源代碼編譯成一個單一的線(或一組線)。聲音的頻率被調諧來完成要求的顏色,它的晶體從第一順序方向被送入一個適當的偏轉角。同軸的光軸和激發樣品中的熒光染料的光將繼續。從那裏,斯托克斯位移的排放量將通過晶體不變,最後在檢測係統中進行記錄和分析。

 

 

 

 6:合作的AOBS和AOTF。所要求的顏色,所選擇的聲光可調諧濾波器的多色或從一個白色的源。注入AOBS到所選擇的光掃描顯微鏡的光軸照射樣品。排放通過AOBS由光譜檢測儀記錄。AOBS和AOTF同時進行控製,通過簡單地選擇從什麽是激光係統提供所需的顏色。AOBS的自動調整該顏色,而不需要來自操作者的進一步的交互

 

聲光序曲

在傳統的係統中,一個有選擇的激光管,線選擇濾波器和衰減過濾器,用於激發 - 適合選定的激發顏色和預期的發射帶的相應的分束鏡。這需要一個大組計劃濾光器的設備和良好的知識,即激發顏色組合應該被激活的熒光染料與設置分束鏡。的聲光組合的解決方案與AOTF AOBS [5]並不需要任何計劃的光學裝置,但提供了一個無限的潛力激發線一側,,釋放操作反芻分束鏡最適合(還意外地使用了錯誤的分路器)。的AOTF和AOBS由一個單一的手柄,這是選擇器的激勵彩色同步控製。這是所有有給它。其餘的是自動設置和調整的顯微鏡係統。

配備激光電池,提供大約8或不同的激光線的係統,這是一個很大的優勢。對於配備白光激光源的係統,它是唯一明智的設計理念。由聲光可調諧濾波器(s)為激發的顏色可以從白色頻譜撥打,正是這些顏色的注射是有保證的,自動的AOBS - 的廢氣排放的原始形式發送,高效率地檢測係統。這是唯一的係統,通過激勵的頻譜,允許無級滾動。因此,如果采用一個白色的光的激光源,隻AOBS係統可以明智地完成任務。

聲光可調諧濾波器(AOTF),聲光分束器(AOBS)在Leica TCS SP8 Leica TCS SP8的X,RESP的實現真正的共聚焦顯微鏡,相互作用。 徠卡TCS SP8 STED 3X。 當激光線從一組中選擇一種顏色,或從寬帶的可見光譜中由一個白色的光的激光源時,係統將自動調諧的AOBS和AOTF,以適當的頻率,引導隨意在樣品上的激發和發射(或反射)到SP的探測器。

 

聲光可調諧濾波器

光隻被衍射到一階,如果布拉格條件滿足。由於聲波的頻率是可調的,一個可以控製複合光束的顏色將進入一階方向。將通過在零階晶體不變並退出所有其他顏色。此外,它是可能的,以便收集從一階方向上的一組顏色疊加了一係列具有不同頻率的聲波。這使得單行脫離了一套激光或 - 更現代的方式 - 從白光激光光源被選中可調顏色bandlets。

聲光效應的效率是由聲波的振幅。隨著聲波的能量,根據顏色的衍射光的分數就會增加,直到完全強度衍射(飽和度)。這允許上麵的第一順序調節出射光束的強度,因此在樣品上的照度。每種顏色單獨attenuable。

兩個功能:色彩控製幅度一係列的顏色的頻率和強度控製是足以創造獨立調光的強度,它構成了一個聲光可調諧濾波器(AOTF)多色可調光源。

這個聲波是由一個壓電元件,其中被粘附到聲光晶體生成。的聲音的波或駐波的產生,以避免散射,吸收體被施加到相對側的晶體。

壓電元件的驅動可控的幅度和頻率由功率放大器。通常情況下,聲波的頻率範圍從約80到160 MHz。每個顏色都需要一個單獨的頻率,同時應用一組顏色,產生一組頻率和疊加,然後被送入到放大器

聲光可調諧濾波器(AOTF)允許來自激光器的電池,或者從一個白色的光的激光(WLL)的一組顏色的選擇。 徠卡公司首先介紹了聲光可調諧濾波器在激光共聚焦顯微鏡係統於1993年。 從那時起,所有的商業生產者共聚焦係統都遵循和使用的AOTF照明控製。

 4:是單行或從激光電池(λI),或選擇的單bandlets或一組從白光激光光源的聲光可調諧濾波器(AOTF)bandlets的激光線的一個子集的選擇。在全亮度的所有顏色照射到晶體。後一組聲波調諧到適當的頻率,線的一個子集,或者從白色的頻譜的一組bandlets,被偏轉到1 順序,然後被用來照明樣品,在那裏它激發的熒光染料。所有其他光質通過晶體到0的順序,並沒有用於照明。順序偏轉的1 和0次通過對每個單一的顏色的比例是可調的振幅對應的聲波頻率。頻率導致折射率網格的一組常量 dk = ck/fk,其中c是晶體中的音速。

 

聲光分束器

注入到與一個可調諧設備的光束路徑的激發的熒光染料的多種顏色的任務是解決與聲光光束分束器(AOBS)在原則上(而不是在特定的),它是一個聲光可調諧濾波器,在反向模式下操作。當晶體被調整以反映所需的波長,也可以準確地注入該波長的一階方向反向的。在這種情況下,光軸是通過晶體的非衍射的路徑。因此,將退出的激發光沿著光軸的晶體,並能激發熒光染料。排放量,在另一方麵,是斯托克斯位移,即不同波長。因此,排放量,因此無法退出上麵的優先順序,而隻是簡單地通過沿著光軸的晶體和出口。發射光光譜探測器可以被送入,例如徠卡SP探測器。在這種情況下的非衍射的路徑被使用,並且被設計為具有同軸的一階方向上激勵顏色的晶體,其發射將被分散的衍射。這有適當的措施進行補償。因此,AOBS是不能簡單地在反向模式下的聲光可調諧濾波器,但需要更多的設計工作和更複雜的。

AOBS(聲光分束器)的原則。 可調諧的顏色可以注入的掃描型顯微鏡的光軸。 的排放將通過的AOB不變。 這種裝置是市售與Leica TCS SP8 Leica TCS SP8的x真共聚焦激光掃描顯微鏡係統。 它是唯一明智的方式來夫婦源白光激光共聚焦顯微鏡或一個STED超分辨率顯微鏡係統。

 

在三維晶格的幹擾

電磁波也可以與三維晶格的元素。一位著名的應用程序是通過X-射線衍射[1]的結構分析  這是幫助科學家了解蛋白質的結構和功能的主要技術之一。X射線晶體學是基於一個事實,即進入一波晶體將與三方互動。在裝修的情況下,浪潮將被偏轉。要做到這一點,從晶格元件的輻射波的路徑差必須是波長的整數倍。如果是這樣的情況下,波是同相的,並且可以幹涉。布拉格條件 [2]製訂這種關係:

Nλ= 2Dsinα

參見圖2解釋。在X-射線晶體學,X-射線束照射在樣品上。在這裏,晶格的元素的原子。作為波長是在原子的大小的順序,x射線是一個適當的電磁照明源。記錄後的光線穿過樣品的衍射圖案。記錄的序列模式有不同的角度,例如旋轉樣品。從這些信息中,可以重建的晶格結構,即該組合物和在晶體中的原子的空間排列。

X-射線結晶使用一個周期性的三維結構(晶體)反映了一個事實,即零階比在其它方向上的能量,如果滿足布拉格條件。 如果波長或角度改變時,光線會穿過樣品沒有改變。 聲光設備,如AOTF或AOBS,使用類似的方法,但互動不原子(是太小,無法衡量的相互作用與可見光),但與機械波。

 2:布喇格反射:對於一個給定的晶格常數d和入射角α,波長為λ的光被反射(衍射)。其原因是,如果路徑差ΔP發生為λ的整數倍的相長幹涉。這是總結布拉格條件:Nλ= 2Dsinα。應用時相同的角度,但與不同的顏色的光通過晶體

 

折射率網 - 機械聲音激發

翻譯這個現象到可見光製度,需要更大的晶格常數(即:這些層的距離d)。產生這樣的晶格的可能性之一是誘導機械波的光學晶體。機械波引起介質的元素施加的圖案的較高和較低的密度,公知的從空氣中的聲波引起的密度模式。因此,這樣的晶格是由折射率的周期性變化,因此被稱為折射率光柵  [3] 機械(聲)波的周期,依賴於所施加的聲音的頻率。為了滿足對可見光的條件,所施加的頻率為在某些幾百MHz的範圍內。

聲波(布裏淵散射)的光的相互作用, - 作為一個近似 - 與上麵所示的模型中,如果光束和聲波滿足布拉格條件。

事實上,在兩個方向上,1 和-1 定單,具有垂直偏振發生偏轉為了簡單起見,在此背景下,AG亚游集团可以省略極化效應。在激光共聚焦顯微鏡的光源激光器及其衍生物發出強烈偏振光。其結果是,未填充-1的第一順序,這裏可以忽略不計。通過光(0順序)當然偏振無關。

聲 - 光元件使用光學晶體的機械波,作為三維晶格。 定義什麽是所謂的索引格網的密度變化。 上麵的層的電磁波的散射可以解釋的聲 - 光效應。 這是用在光衰減選色(聲光可調諧濾波器,AOBS)或激發發射分離(聲光分束器,AOBS)。 這兩種係統都找到自己的應用程序,“白焦”,例如:Leica TCS SP8 X中采用了白光激光源。

 

光柵幹擾

要了解的聲光設備工程(至少在原則上),AG亚游集团需要考慮的周期性結構的衍射現象。最有名的是被廣泛用於光學和光學儀器光柵。這裏有一個非常簡短的回顧一下:兩個相幹波幹擾。如果他們在第二階段中,幹擾是建設性的,即振幅加起來。如果相位差為π(180°),幹擾是破壞性的振幅是零,如果入射波具有相同的幅度。如果平麵波前與常規模式(網格),每個網格結構的原因之一球麵波。所有的球麵波幹涉產生的周期性圖案。由網格元件d時,與入射光的波長λ的距離,該幹涉圖形裁定,並且,被照亮的元素數n表示。網格元件的大小導致的調製模式(由包絡函數的描述)

零幹擾模式和更高的訂單,分別在雙縫和電網。 白光的原因分散光譜在較高的訂單。 如果這些被用於分色,人們必須接受在其他命令的損失。 因此,在Lei​​ca TCS SP8的共聚焦顯微鏡使用棱鏡的色散的發射。



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