Лазерные системы для оптической микроскопии

Лазерные Системы для Оптической Микроскопии

Лазеры, обычно нанимаемые(используемые) в оптической микроскопии - монохроматические источники освещения с  высокой интенсивностью, которые являются полезными как инструментальные средства для разнообразия методов, включая оптический захват, срок службы(продолжительность жизни), отображающий занятия(изучения), фотоотбеливая эвакуацию, и флюоресценцию полного внутреннего отражения. Кроме того, лазеры - также наиболее общий(обычный) источник освещения для сканирования конфокальной микроскопии флюоресценции, и использовались, хотя менее часто, в обычных widefield исследованиях флюоресценции.

Лазеры испускают интенсивные пакеты монохроматического индикатора, которые являются когерентными и высоко приведенными в створ, чтобы формировать напряженный луч с очень низкой нормой(разрядом,скоростью) расширения. Сравненный с другими источниками освещения, чрезвычайно чистые диапазоны волн, испускаемые лазером имеют ширину полосы частот и фазовое соотношение, которое является беспрецедентным лампами дугового разряда или галогеном вольфрама. В результате, лучи излучения лазера могут путешествовать по длинным расстояниям и могут быть расширены, чтобы наполнить апертуры или сосредоточенный к очень маленькому пятну(ячейке) с высоким уровнем яркости. Вне подобий, обычных на все лазеры, которые включают,  усиливающая среда (источник освещения), источник возбуждения (источник питания), и резонатор, эти источники освещения отличается радикально по размеру, стоимости, выходной мощности, излучает качество, потребляемую мощность, и срок службы.

Когерентность монохроматического индикатора, произведенного большинством лазерных систем представляет проблемы в приложении этих источников освещения для классической widefield микроскопии. Рассеяние света и дифракционные удары представлены интерференцией в каждой поверхности в оптической длине пути. Кроме того, полевые и апертурные диафрагмы, также как грязь, также производят артефакты. Эти нежелательные эффекты могут быть минимизированы или устранен разнообразием методов. Наиболее общие(обычные) методы включают временно борющееся излучение лазера,  быстро изменяя длину оптического пути между источником освещения, и микроскоп, или сканируя пункт(точку) образца пунктом(точкой) как имеет место в конфокальных системах микроскопии. Кроме того, интерференция и другие артефакты могут часто устраняться апертурой, сканирующей методику. Если длина пути или государство(состояние) когерентности лазерного луча колеблются в более быстром интервале чем время интегрирования датчика (в действительности, скорость передачи кадров видео), зернистость, и рассеивающиеся артефакты исчезают от изображения(образа).

Успешная методика, нанятая(используемая) некоторыми исследователями, чтобы улучшить контраст интерференции дифференциала (DIC) изображения(образы), произведенные с источником излучения лазера иона аргона должна позиционировать круговой стеклянный клин, вращающийся в 2500 обороте в минуту, в световом пути. Быстрые вариации в длине оптического пути представлены различиями в толщине клина, поскольку клин вращается перед расширенным лазерным лучом. В настоящее время, вариация длины пути обычно выполняется,  держа на службе(используя) волоконно-оптический световой канал, чтобы направить индикатор между источником освещения и микроскопом. Вибрирующий стекловолокно производит непрерывные изменения(замены) в длине оптического пути, вызывая луч стать временно несвязным в частотах ниже такового уровня вибрации. Колебания могут быть сгенерированы пьезоэлектрическим устройством, громкоговорителем, или вентилятором системы охлаждения, используемым в лазерной головке.

Иллюстрирован на рисунке 1 сам блокированный режимом Ti:sapphire импульсный лазер, который является в настоящее время одним из привилегированных лазерных источников возбуждения в большинстве многофотонных исследований микроскопии флюоресценции. Ti:sapphire лазеры с синхронизацией мод обеспечивают большой диапазон настройки длины волны, от приблизительно 690 к более чем 1050 nanometers, с ширинами импульса приблизительно 100 фемтосекундами в длине. Кроме того, эти лазеры имеют достаточную власть(мощность) (больший чем 100 милливаттов повсюду диапазона настройки) для насыщения возбуждения с двумя фотонами в большинстве флуорофоров. Чтобы гарантировать надлежащее охлаждение и регулирование влажности кристалла лазера, азотный газ накачан в головку отпаянного лазера, которая поддерживается в постоянной температуре внешней холодильной установкой.

Индикатор, произведенный многими лазерными системами линейно поляризован, с вектором поляризации, ориентируемым вертикально. Это свойство может эксплуатироваться в приложениях, требующих поляризованный источник освещения, типа контрастной интерференции дифференциала, поляризованных световых размеров(измерений), или количественных исследований анизотропии поляризации флюоресценции.

Когерентность и поляризационные характеристики лазерного луча измерены распределением индикатора в поперечном сечении луча, или конфигурации, которая изменяется с увеличивающимся расстоянием от зеркала выхода лазера. Следующее обсуждение характеристик лазерного луча представлено как общий краткий обзор предмета, который может доказывать полезным в использовании лазеров в отображении микроскопа, захвате лазера, и других приложениях.

Когда лазер работает в самом простом поперечном электромагнитном режиме, упомянутом как TEM (00) режима, испускаемый луч имеет плоский фронт волны и Гауссову интенсивность конфигурация (интенсивности падающего излучения). Диаметр пучка лазерного излучения обычно определяется как значение, в котором интенсивность упала к e (E-2) (13.5 процентов) его амплитуды. Гауссова конфигурация лазерного луча возникает из-за дифракции, которая предотвращает распространение совершенно приведенного в створ луча и стимулирует поперечное распространение световых волн. Около апертуры выходного сигнала лазера (назвал около поля), фазовые передние стороны луча могут стать беспорядочными. Как последствие, луч поперечная форма, размер, и конфигурация интенсивности падающего излучения тогда изменяется быстро с расстоянием от лазера. На больших расстояниях (поле в дальней зоне), фазовые передние стороны стабилизируют в результирующую Гауссову конфигурацию. В некоторых литературных ссылках(рекомендациях), около поля и поля в дальней зоне упомянуты в соответствии с альтернативными сроками(терминами) Зоны Френеля и Фраунгоферовой зоны, соответственно. Около поля также иногда назван диапазоном(дальностью) Рэлея. Поле в дальней зоне начинается на расстоянии, z, определенный

z = A02/l