超连续的白光源
经典激光源通常仅提供一个狭窄的发射。一些气体激光器可以同时发出几条线。最着名的示例是氩气激光器,其可以在蓝绿色范围内有5条线。其他激光器,如染料激光器是可调的,但一次只发出单一颜色。此外,染料激光器非常不稳定,需要一些耐心运行正常。有可调谐的固态激光器,但仅适用于此IR.范围(例如Ti:SA激光器)。除了高复杂性和展示之外,它们也可以一次只发出单个波长,调谐过程非常慢(多秒钟)。
这种情况完全改变了在同时发射宽范围的光源的发明,但在聚焦方面仍然表现得像激光器[1]。
这些来源采用纤维IR.在大约80 MHz时发出光脉冲的激光。该化合物用作“种子”,即提供精确的时钟,但能量相当低。随后在二极管泵浦激光放大器中放大脉冲。放大激光器也是纤维的基础,并且两个系统通过光纤拼接无缝耦合。放大器的输出可以达到约10WIR.光平均功率,但在CA的脉冲中切碎。80 MHz的200 PS。这些高能量脉冲最终聚焦在所谓的光子晶体纤维(PCF)的进入表面上。这些纤维在纤维的中心具有中空管的图案。管图案中的表面的强烈非线性过程,其导致单色光展开到达蓝色或甚至紫外线的宽光谱中,包括组速度分散(最多4个TH.订购),自我陡峭,拉曼散射和等离子体裂变。
取决于PCF的长度,单色IR.峰值蔓延到高达几百纳米的频谱。典型的纤维长度为0.5至2μm。
图1:左:光子晶体横截面。中心中空管的图案是复杂非线性光子相互作用产生广泛能量的光子的空间。
右:通过放大产生白色激光IR.脉冲激光通过光子晶体纤维进料。PCF是实体超连续发电机。连续体的宽度取决于PCF的长度 - 加上许多其他工程细节。所有零件都是基于纤维和固有的免维护。PCF出口处的光谱由棱镜产生并投影到一张纸上。
二维声光调整颜色和强度
类似于使用白色来源的任何其他显微镜,用于荧光照明,白光激光共焦显微镜[2]需要一种方法来选择颜色以具体激发各种荧光料。如果可能,多种颜色对于乘法染色样本的平行激发是有用的。在宽场荧光显微镜中,该任务由激励滤波器进行。具有三个或四个传输带的二色阻滤波器用于多染色样本。
SuperContinuum发出的光束提供更通用的解决方案。声光可调滤波器可以从光谱中挑出单线(其实际上是一个窄点)并将其偏转为不同的方向。宽度的其余部分将直线穿过晶体。由于带有控制偏转的机械激励频率的机械激发频率,随着带的颜色,可以选择来自输入频谱的任何颜色。根据波长,该带的宽度是一些1 ... 3nm。这种绑定中的能量在几毫瓦的范围内,这是足够远的成像并且甚至经常使用Frap.实验。通过添加更多电子驱动器来在晶体中产生机械波,可以将一系列颜色同时直接进入1英石命令。同时八种颜色是标准(但不是技术限制)。这些带集中的每一个都在波长和强度下调谐。
这种组合使白光激光激光(WLL)成为共聚焦显微镜激发的理想源。它将为所有已知的染料用于可见范围中的所有已知染料,它允许记录励磁光谱,以探索新染料的光谱性能,尤其是原位。如果这对排放收集收集原因或改善相邻染料的分离是必要的,它可以自由调整励磁峰值。
图2:采用声光可调滤波器,从超强素源的白色发射中提取一系列各种颜色的带。这些带均在颜色和强度上可调。同时使用多个带列的同时使用多次染色样品的并联激发。
只有声光束(AOBs)只能完成作业
激发颜色的自由可调性的非常有益的方面引发了一个新的挑战:哪种设备可以将钟声调谐的光线馈送到入射光荧光显微镜的光束路径中?最简单的方法是使用灰色分束器,但这将牺牲一直失去激励能量的一定数量 - 尽管这是较小的问题。这种方法的严重缺点是丧失贵重排放光。即使使用80/20灰分离器(总是浪费4/5的激光能量),也将牺牲5分的发射。
即使有多个频段,单向色镜也可能显然不支持可调光源的益处。用于单排放调谐的方法,非连续光源已经商业化。该系统采用了一系列CA.10个二向色镜,将在其工作频率下使用 - 仅在200°的范围内仅提供10种颜色 - 并且它们也在两侧的指定波长上使用。这使得共有30种颜色,但明显不足完美的性能。
这个困境的完美补救措施是使用声光。声光可调梁分离器(a)[3.]是否允许将一系列颜色带送入光路的装置,而频谱的其余部分被引导成不同的方向,效率超过95%。在多彩带可调激光的情况下,可以操作a这样激发颜色通过1英石命令作为进入激励光束路径。
然后将有效地将完整的发射光谱有效地传输到检测路径中。在样本上线程的励磁点处所需的传输谱中的缺口是与发条本身相同的尺寸(因为它们由相同技术产生),并且可以同时控制它们的位置:一旦一个调谐激发颜色,相应的间隔由电子器件并行地调整。不需要操作员的任何行动。
因此,声光可调分束器是可调谐多色激励的最终耦合装置。
强度和荧光寿命的激发和发射光谱
光谱探测器(SP.)设计用于完全控制检测到的发射带的带宽和中心颜色。这保证了最高的吞吐量(传输效率)和最佳分离。作为副作用,SP.检测器允许同时(5个通道)或顺序(最多400个通道)或两种方法的混合模式记录发射光谱。过去,发射颜色与安装在系统中的激光器发射的几条线绑定。通过白光激光(WLL),情况完全变化:随着1nm精度可调的颜色,在整个可见光谱中可提供平滑的激励频谱。结合了SP.可以将伺服控制到激发波长的探测器,这种测量完全自动执行。并且仅通过实现声光束分离器来引导激发和发射光来合理切实可行。
具有可调激励和可调发射,下一步是创建强度的二维相关图[4.]。当需要分离荧光料的复杂混合物时,这种λ-方形图特别有用。当需要表征荧光素或者是新发现或设计的,或者由于微环境条件引起的光谱改变的兴趣,它也是一般的值。
荧光的特征在于发射强度和荧光寿命。为了精确测量寿命,需要脉冲光源。幸运的是,白光激光器是脉冲源,脉冲频率适合典型荧光寿命的需求(其在0.5 ... 5纳秒的范围内)。如果需要更长的脉冲间隔,则脉冲拾取器会降低脉冲频率。当然,白光激光的可调性直接呈现寿命激励光谱,包括下一个逻辑后果:二维激励 - 发射寿命图。
光门 - 一个平面电子屏障过滤器
最新技术已启用最后一件事。混合检测器(Hyds)非常敏感,快速,覆盖大的动态范围。它们也提供了一个门控操作模式。与脉冲白光激光器结合,现在可以仅在光脉冲之间的时间内检测荧光发射 - 仅通过在激光脉冲期间收集混合检测器来收集信号。然后检测到的信号是纯荧光发射,并且不含任何反射光。通过这种方法,轻松赢得剩余反射的颜色战。通过将足够的空间留给激发颜色,不需要限制排放集合。甚至可以直接测量激发 - 和超过,然后允许抗Stokes排放的表征。
脉冲和光谱可调白色光激光源,与可调谐声光束分离器组合,可调SP.探测器和门控混合检测器是最新技术的迷人混合。并且,虽然这句话可能听起来有点良好,但它适合这里:它彻底改变了共聚焦显微镜的概念和操作。
图。5:通过门控检测,可以非常有效地纯粹仅从样品中记录荧光光。混合检测器(Hyds)用作该方面的完美传感器。在激发脉冲期间分配数据的集合,因此仅收集发出的荧光。左图像:在492nm的激发时记录绿色荧光。排放收集490-600 nm。主信号被反射光,因为激发波长在发射集合带内。正确的图像:相同的激发波长和发射集合带,但是光门。没有记录反射光。无论发射带如何,纯净且清晰荧光发射。
参考
- 骑士JC,BIRKS TA,Russell TS和ATKIN DM:全硅单模光纤,具有光子晶体包层。选择。Lett 21(1996)1547-49。
- Birk H和Storz R:照明装置和显微镜美国专利No.6,611,643(2001)。
- Birk H,Engelhardt J,Storz R,Hartmann N,Bradl J和Ulrich H:用于共聚焦激光扫描显微镜的可编程分束器。生物医学光学和成像层面的进展3188bet怎么注册:13(2002)16-27。
- Borlinghaus R,Gugel H,Albertano P和Seyfried V:关闭光谱间隙 - 从固定参数荧光到共聚焦显微镜中的可调谐器件的过渡。SPIE 6090(2006)的流程。