真共聚焦光谱显微镜系统中的声光学

为了理解声光器件是如何工作的(至少在原理上)，我们需要考虑周期性结构中的衍射现象。最著名的是在光学和光学仪器中广泛使用的光栅。这里简单回顾一下:两个相干波可以相互干扰。如果它们是同相的，干涉是建设性的，即振幅将加起来。如果相位差是π(180°)，如果入射波有相同的振幅，则干涉是破坏性的，振幅为零。如果一个平面波前与一个规则图案(网格)相互作用，每个网格结构产生一个球面波。所有球面波都会相互干扰并产生周期图样。这种干涉图样由网格单元的距离d、入射光的波长λ和被照亮的单元数N决定。网格单元的大小导致图案的调制(用包络函数描述)。

电磁波还能与三维晶格元素相互作用。一个众所周知的应用是用x射线衍射进行结构分析[1]．这是帮助科学家了解蛋白质的结构和功能的主要技术之一。X射线晶体学基于进入晶体的波与其成分相互作用。在拟合条件下，波将被偏转。为此，从格子元件辐射的波的路径差必须是波长的倍数。如果是这种情况，波浪处于相位，并且可以建设性地干扰。布拉格条件[2]制定这个关系:

nλ= 2dsinα

图2给出了解释。在x射线晶体学中，一束x射线照射在样品上。在这里，晶格的元素是原子。由于波长必须与原子大小一致，x射线是一种合适的电磁光源。衍射图样在光线穿过样品后被记录下来。一系列的图案以不同的角度被记录下来，例如通过旋转样本。根据这些信息，我们可以重建晶格结构，即晶体中原子的组成和空间排列。

为了将这种现象转化为可见光，我们需要更大的晶格常数(即:层间的距离d)。产生这种晶格的一种可能性是在光学晶体中诱导机械波。机械波使介质的元素产生密度高低的模式，这是由空气中的声波引起的密度模式所知道的。因此，这种晶格是由折射率的周期性变化构成的，因此称为折射率光栅[3]．机械（声学）波的循环取决于所施加的声音的频率。为了满足可见光的条件，施加的频率在百万MHz的范围内。

如果光束和声波满足布拉格条件，光与声波的相互作用(布里渊散射)——作为一个近似——可以与上面显示的模型相比较。

事实上，偏转发生在两个方向上，+1^圣和1^圣阶数，垂直极化。为了简单起见，我们可以忽略这种情况下的极化效应。共聚焦显微镜中的光源是发射强偏振光的激光器及其衍生物。结果是-1^圣订单没有被填充，可以在这里忽略。路过的灯(0^th顺序)当然是偏振无关的。

光只有在满足布拉格条件时才会衍射到一阶。由于声波的频率是可调的，人们可以控制哪种颜色的复合光束将进入一阶方向。所有其他颜色将不加改变地通过晶体并以零阶退出。此外，可以叠加一系列不同频率的声波，以从一阶方向收集一组颜色。这使得单线可以从一组激光器中分离出来，或者——更现代的方法——从白光激光光源中选择可调谐的彩色带。

声光效应的效率受到声波的幅度的控制。随着声波的增加，根据颜色的衍射光的分数将增加，直到完全强度衍射（饱和度）。这允许以第一顺序对出口光束的强度调节，因此在样品上的照明强度。每种颜色都是单独衰减的。

这两个功能：通过幅度的频率和强度控制的颜色控制是一系列颜色的幅度足以产生多色可调光源，其具有独立可调光的强度，这构成了AOTF（声光可调滤波器）。

声波由压电元件产生，该压电元件粘附到声光晶体上。为了避免散射声波或产生驻波的产生，吸收器被施加到晶体的相对侧。

压电元件由一个幅值和频率可控的功率放大器驱动。通常，声波的频率在70到160兆赫兹之间。每种颜色都需要单独的频率;对于一组颜色的同时应用，一组频率在馈入放大器之前被产生和叠加。

声光分束器(a）[4]．原则上(但不是特别)，它是一个AOTF，以反向模式操作。当晶体被调谐到反射所需波长时，也可以从一阶方向反向注入该波长。在这种情况下，光轴是通过晶体的无衍射路径。因此，激发光将沿光轴离开晶体并激发荧光染料。另一方面，发射是斯托克斯位移的，即不同波长的。因此，发射不会在一阶退出，而只是通过晶体，并沿光轴退出。发射光可以被送入光谱探测器，例如SP来自徕卡微系统的探测器。188金宝搏的网址如在这种情况下，使用非衍生路径，并且晶体被设计成具有从第一订单方向同轴地产生的激发颜色，发射将通过衍射分散。这必须通过适当的措施来弥补。因此，这是a不是一个简单的反向模式的AOTF，而是需要更多的设计工作，更复杂。

在经典的系统中，人们必须为激励选择激光管、线选择滤波器和衰减滤波器，以及适合所选激励颜色和预期发射带的适当的分光镜。这需要一套大型平面光学滤光器设备和良好的知识，哪束分裂镜应该被激活的激励颜色与哪组荧光。声光组合解决方案与AOTF和a[5]不需要任何平面光学装置，但在一侧提供无限数量的潜在激励线，并将操作员释放在哪个波束分割镜上最佳（也意外使用错误的分离器！）。AOTF和a由一个手柄同步地控制，这是激发颜色的选择器。这里的所有都是它的。其余的自动设置和调整显微镜系统。

这对于配备有8个左右激光线的激光电池的系统是一个很大的优势。对于配备有白光激光源的系统，它是唯一明智的设计理念。可以通过AOTF从白光光谱拨打励磁的颜色，并自动向上注入这些颜色a- 发射发射，无效地传输到检测系统。这是唯一允许无级滚动通过频谱的系统进行激励。因此，如果采用白光激光源，则只有一个a系统可以明智地满足任务。

1. Friedrich W，卷曲P和Laue M：http：//en.wikipedia.org/wiki/max_von_laue。5月4日巴伐利亚科学院^th(1912)。
2. 布拉格WL：http：//电子元.wikidot.com/x- ray-diffraction-and-bragggg -s-law。
3. 折射率光栅：http：//en.wikipedia.org/wiki/ACOSTO-OPTICS。
4. Engelhardt J等:Laserscanmikroskop。专利申请DE19944148 A1，于9月15日提交^th1999年。
5. 博林豪斯RT:白色共焦。欧元。理论物理。J. Plus 127: 131 (2012);doi: 10.1140 / epjp / i2012 - 12131 x。