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声光学在真正的共焦光谱徕卡显微镜系统

2013-11-11  发布者:admin 

最显着的特征荧光照明(激发)和检测(排放)的颜色,称为斯托克斯位移之间的位移。因此,期望进行筛选的激发和发射的特定颜色波段。也有必要区分激发,从入射的光显微镜中的排放量,这是一个标准荧光应用。在过去,通常是进行过滤器和分束与平面光学元件,灰度或彩色滤光片和反射镜。虽然计划种类繁多的光学元件是可用的,他们的限制是固定的规范和交换缓慢。尝试使用不同的角度或梯度涂层作为一种手段微调并不能证明是可行的。一个完全不同的方法是(AOTF)为励磁控制和激励发射分离(AOBS)就业的声光元素。这些设备允许自由的可调性和高速切换

 

 

 

 1:左:两个球面波在双缝(这是最简单的网格可以想象)的干扰。建设性的极大干扰,造成强烈的图案的物理参数所统治的方向。的方向被称为 0 顺序为正交的射线,1  -1 顺序为第一线相邻的 0 阶等。右:由电网引起的干扰模式具有7个元素。在左侧的单色光,在右侧的白色光。注意的分散性较高的订单

 

 

 

 3:在一个光学晶体的周期密度变化类似于一个三维晶格。声波的周期定义的晶格常数d。

 

 

 

 5:注射液从激光电池或从一个白色的光的激光扫描显微镜的光路中的源代码编译成一个单一的线(或一组线)。声音的频率被调谐来完成要求的颜色,它的晶体从第一顺序方向被送入一个适当的偏转角。同轴的光轴和激发样品中的荧光染料的光将继续。从那里,斯托克斯位移的排放量将通过晶体不变,最后在检测系统中进行记录和分析。

 

 

 

 6:合作的AOBS和AOTF。所要求的颜色,所选择的声光可调谐滤波器的多色或从一个白色的源。注入AOBS到所选择的光扫描显微镜的光轴照射样品。排放通过AOBS由光谱检测仪记录。AOBS和AOTF同时进行控制,通过简单地选择从什么是激光系统提供所需的颜色。AOBS的自动调整该颜色,而不需要来自操作者的进一步的交互

 

声光序曲

在传统的系统中,一个有选择的激光管,线选择滤波器和衰减过滤器,用于激发 - 适合选定的激发颜色和预期的发射带的相应的分束镜。这需要一个大组计划滤光器的设备和良好的知识,即激发颜色组合应该被激活的荧光染料与设置分束镜。的声光组合的解决方案与AOTF AOBS [5]并不需要任何计划的光学装置,但提供了一个无限的潜力激发线一侧,,释放操作反刍分束镜最适合(还意外地使用了错误的分路器)。的AOTF和AOBS由一个单一的手柄,这是选择器的激励彩色同步控制。这是所有有给它。其余的是自动设置和调整的显微镜系统。

配备激光电池,提供大约8或不同的激光线的系统,这是一个很大的优势。对于配备白光激光源的系统,它是唯一明智的设计理念。由声光可调谐滤波器(s)为激发的颜色可以从白色频谱拨打,正是这些颜色的注射是有保证的,自动的AOBS - 的废气排放的原始形式发送,高效率地检测系统。这是唯一的系统,通过激励的频谱,允许无级滚动。因此,如果采用一个白色的光的激光源,只AOBS系统可以明智地完成任务。

声光可调谐滤波器(AOTF),声光分束器(AOBS)在Leica TCS SP8 Leica TCS SP8的X,RESP的实现真正的共聚焦显微镜,相互作用。 徕卡TCS SP8 STED 3X。 当激光线从一组中选择一种颜色,或从宽带的可见光谱中由一个白色的光的激光源时,系统将自动调谐的AOBS和AOTF,以适当的频率,引导随意在样品上的激发和发射(或反射)到SP的探测器。

 

声光可调谐滤波器

光只被衍射到一阶,如果布拉格条件满足。由于声波的频率是可调的,一个可以控制复合光束的颜色将进入一阶方向。将通过在零阶晶体不变并退出所有其他颜色。此外,它是可能的,以便收集从一阶方向上的一组颜色叠加了一系列具有不同频率的声波。这使得单行脱离了一套激光或 - 更现代的方式 - 从白光激光光源被选中可调颜色bandlets。

声光效应的效率是由声波的振幅。随着声波的能量,根据颜色的衍射光的分数就会增加,直到完全强度衍射(饱和度)。这允许上面的第一顺序调节出射光束的强度,因此在样品上的照度。每种颜色单独attenuable。

两个功能:色彩控制幅度一系列的颜色的频率和强度控制是足以创造独立调光的强度,它构成了一个声光可调谐滤波器(AOTF)多色可调光源。

这个声波是由一个压电元件,其中被粘附到声光晶体生成。的声音的波或驻波的产生,以避免散射,吸收体被施加到相对侧的晶体。

压电元件的驱动可控的幅度和频率由功率放大器。通常情况下,声波的频率范围从约80到160 MHz。每个颜色都需要一个单独的频率,同时应用一组颜色,产生一组频率和叠加,然后被送入到放大器

声光可调谐滤波器(AOTF)允许来自激光器的电池,或者从一个白色的光的激光(WLL)的一组颜色的选择。 徕卡公司首先介绍了声光可调谐滤波器在激光共聚焦显微镜系统于1993年。 从那时起,所有的商业生产者共聚焦系统都遵循和使用的AOTF照明控制。

 4:是单行或从激光电池(λI),或选择的单bandlets或一组从白光激光光源的声光可调谐滤波器(AOTF)bandlets的激光线的一个子集的选择。在全亮度的所有颜色照射到晶体。后一组声波调谐到适当的频率,线的一个子集,或者从白色的频谱的一组bandlets,被偏转到1 顺序,然后被用来照明样品,在那里它激发的荧光染料。所有其他光质通过晶体到0的顺序,并没有用于照明。顺序偏转的1 和0次通过对每个单一的颜色的比例是可调的振幅对应的声波频率。频率导致折射率网格的一组常量 dk = ck/fk,其中c是晶体中的音速。

 

声光分束器

注入到与一个可调谐设备的光束路径的激发的荧光染料的多种颜色的任务是解决与声光光束分束器(AOBS)在原则上(而不是在特定的),它是一个声光可调谐滤波器,在反向模式下操作。当晶体被调整以反映所需的波长,也可以准确地注入该波长的一阶方向反向的。在这种情况下,光轴是通过晶体的非衍射的路径。因此,将退出的激发光沿着光轴的晶体,并能激发荧光染料。排放量,在另一方面,是斯托克斯位移,即不同波长。因此,排放量,因此无法退出上面的优先顺序,而只是简单地通过沿着光轴的晶体和出口。发射光光谱探测器可以被送入,例如徕卡SP探测器。在这种情况下的非衍射的路径被使用,并且被设计为具有同轴的一阶方向上激励颜色的晶体,其发射将被分散的衍射。这有适当的措施进行补偿。因此,AOBS是不能简单地在反向模式下的声光可调谐滤波器,但需要更多的设计工作和更复杂的。

AOBS(声光分束器)的原则。 可调谐的颜色可以注入的扫描型显微镜的光轴。 的排放将通过的AOB不变。 这种装置是市售与Leica TCS SP8 Leica TCS SP8的x真共聚焦激光扫描显微镜系统。 它是唯一明智的方式来夫妇源白光激光共聚焦显微镜或一个STED超分辨率显微镜系统。

 

在三维晶格的干扰

电磁波也可以与三维晶格的元素。一位著名的应用程序是通过X-射线衍射[1]的结构分析  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射线晶体学是基于一个事实,即进入一波晶体将与三方互动。在装修的情况下,浪潮将被偏转。要做到这一点,从晶格元件的辐射波的路径差必须是波长的整数倍。如果是这样的情况下,波是同相的,并且可以干涉。布拉格条件 [2]制订这种关系:

Nλ= 2Dsinα

参见图2解释。在X-射线晶体学,X-射线束照射在样品上。在这里,晶格的元素的原子。作为波长是在原子的大小的顺序,x射线是一个适当的电磁照明源。记录后的光线穿过样品的衍射图案。记录的序列模式有不同的角度,例如旋转样品。从这些信息中,可以重建的晶格结构,即该组合物和在晶体中的原子的空间排列。

X-射线结晶使用一个周期性的三维结构(晶体)反映了一个事实,即零阶比在其它方向上的能量,如果满足布拉格条件。 如果波长或角度改变时,光线会穿过样品没有改变。 声光设备,如AOTF或AOBS,使用类似的方法,但互动不原子(是太小,无法衡量的相互作用与可见光),但与机械波。

 2:布喇格反射:对于一个给定的晶格常数d和入射角α,波长为λ的光被反射(衍射)。其原因是,如果路径差ΔP发生为λ的整数倍的相长干涉。这是总结布拉格条件:Nλ= 2Dsinα。应用时相同的角度,但与不同的颜色的光通过晶体

 

折射率网 - 机械声音激发

翻译这个现象到可见光制度,需要更大的晶格常数(即:这些层的距离d)。产生这样的晶格的可能性之一是诱导机械波的光学晶体。机械波引起介质的元素施加的图案的较高和较低的密度,公知的从空气中的声波引起的密度模式。因此,这样的晶格是由折射率的周期性变化,因此被称为折射率光栅  [3] 机械(声)波的周期,依赖于所施加的声音的频率。为了满足对可见光的条件,所施加的频率为在某些几百MHz的范围内。

声波(布里渊散射)的光的相互作用, - 作为一个近似 - 与上面所示的模型中,如果光束和声波满足布拉格条件。

事实上,在两个方向上,1 和-1 定单,具有垂直偏振发生偏转为了简单起见,在此背景下,我们可以省略极化效应。在激光共聚焦显微镜的光源激光器及其衍生物发出强烈偏振光。其结果是,未填充-1的第一顺序,这里可以忽略不计。通过光(0顺序)当然偏振无关。

声 - 光元件使用光学晶体的机械波,作为三维晶格。 定义什么是所谓的索引格网的密度变化。 上面的层的电磁波的散射可以解释的声 - 光效应。 这是用在光衰减选色(声光可调谐滤波器,AOBS)或激发发射分离(声光分束器,AOBS)。 这两种系统都找到自己的应用程序,“白焦”,例如:Leica TCS SP8 X中采用了白光激光源。

 

光栅干扰

要了解的声光设备工程(至少在原则上),我们需要考虑的周期性结构的衍射现象。最有名的是被广泛用于光学和光学仪器光栅。这里有一个非常简短的回顾一下:两个相干波干扰。如果他们在第二阶段中,干扰是建设性的,即振幅加起来。如果相位差为π(180°),干扰是破坏性的振幅是零,如果入射波具有相同的幅度。如果平面波前与常规模式(网格),每个网格结构的原因之一球面波。所有的球面波干涉产生的周期性图案。由网格元件d时,与入射光的波长λ的距离,该干涉图形裁定,并且,被照亮的元素数n表示。网格元件的大小导致的调制模式(由包络函数的描述)

零干扰模式和更高的订单,分别在双缝和电网。 白光的原因分散光谱在较高的订单。 如果这些被用于分色,人们必须接受在其他命令的损失。 因此,在Lei​​ca TCS SP8的共聚焦显微镜使用棱镜的色散的发射。