Лазерные системы для оптической микроскопии, страница 3

Важно обратить внимание, что чрезвычайно плотности большой мощности достигнуты в фокусе сконцентрированного лазерного луча. Луч с 10 милливаттами, сосредоточенный к ограниченному дифракцией пятну(ячейке) 0.22 микрометров в диаметре приводит к удельной мощности приблизительно 30-миллионных ваттов в квадратный сантиметр. Такие высокоэнергетические уровни могут быстро разлагать или уничтожать линзу и фильтровать покрытия, также как представлять значительное фотохимическое повреждение(ущерб) биологическим образцам. Однако, для такого размера пятна(ячейки) минуты, диффузия тепловой энергии может быть настолько эффективна в воде, что высокоэнергетический, луч ближнего инфракрасного диапазона может делать немного повреждения(ущерба) биологическому образцу, если поглощение энергии образцом не достаточно высоко.

В многих приложениях лазеров в оптической микроскопии, лазерный луч первоначально расширен при помощи Кеплеровского или Галилеева расширителя луча, любой из которых - фактически перевернутый телескоп (типичный расширитель лазерного луча, анатомические особенности иллюстрированы на рисунке 3). Дивергенцию когерентного Гауссова луча можно приводить, и луч, оптимально приведенный в створ по более длинному расстоянию, если лазерный луч сначала расширен. Что касается предыдущих уравнений, угловой радиус луча, обозначенного q, является обратно пропорциональным к радиусу сужения луча, (0), в лазерной апертуре выхода. Поэтому, разворачивая радиус сужения луча уменьшает дивергенцию пропорционально.

Это практически для многих приложений в микроскопии, чтобы передать выходной сигнал лазера непосредственно в оптическую длину пути микроскопа через гибкое стекловолокно (как иллюстрировано на рисунке 4). Эта методика предпочтительна для альтернативного метода твердо выравнивания лазера и микроскопа, который требует использования массивной, свободной от вибрации оптической таблицы и многочисленных фиксированных зеркал и других компонентов.

Когда лазерный луч сосредоточен линзой на стекловолокно, эффективность связи и характеристики луча, который появляется от стекловолокна, зависят тяжело от волоконной геометрии. Большинство стекловолокон, используемых для поставки излучения лазера создано с ядром плавить - кварца. Эти стекловолокна состоят из внутреннего ядра, изготовленного с кварцом " высоко преломляющий индекс " и окруженный втулкой, назвал покрытие, составленным из материала " понижают преломляющий индекс ". Индикатор предотвращен от выхода из стекловолокна по его длине полным внутренним отражением при интерфейсе ядра и покрытия. Покрытие может быть составлено из кварца, стекла, жесткого фторполимера, или мягкого кремнийорганического соединения.

Стекловолокна классифицированы как однорежимный или многорежимный согласно диаметру их внутренних ядер. Одномодовый волоконный световод позволяет распространение только режим с  самым низким заказом в одной специфической длине волны (Фигурировать 4). Длина волны размножалась, и поляризационное сохранение волны определено волоконным диаметром. Хотя другие длины волны могут размножаться, они делают так с приведенной эффективностью(КПД). Типичный диапазон(дальность) диаметров одномодового волоконного световода от 3 до 6 микрометров для длин волны видимого света, и конфигурации интенсивности падающего излучения вывода одномодового волоконного световода Гауссов.

Многорежимное стекловолокно позволяет распространение больше чем одного режима, и не ограничено единственной(отдельной) длине волны. Внутренние ядра многорежимных стекловолокон большие чем одномодовые волоконные световоды, в пределах от приблизительно 100 микрометров к 1.2 миллиметрам в диаметре. Конфигурация интенсивности падающего излучения вывода от многомодового волокна имеет плоскую форму, упомянутую как конфигурация цилиндра, с числовой апертурой, которая определена ядром и покрытием преломляющие индексы.

Приемный угол сходимости, q, центральной жилы оптического волокна связан с числовой апертурой, NA, стекловолокна следующим образом:

NA = грешат q / (n2core - n2cladding) 1/2

Где n представляет коэффициент рефракции. Эффективная связь излучения лазера к центральной жиле оптического волокна происходит, когда числовая апертура центральной жилы оптического волокна и таковой линзы концентрации луча согласованы. Эффективность(КПД) прохождения света через стекловолокно - обычно столь же высоко как приблизительно 90 процентов, но можно резко приводить (к только 60 или 70 процентов) бархоутом, имеющим очень маленькие радиусы (меньше чем 3 сантиметра).

В использовании любого лазера, это критическое не только, чтобы предотвратить любой прямое или зеркально отраженное излучение лазера от ввода глаз наблюдателя(обозревателя), но также и избегать отражения луча от компонента оптической системы назад в лазерную систему. Формирователь - очевидные персональные меры предосторожности, в то время как последнее предостережение важно предотвратить дополнительный рефлектор от возвращения когерентного луча назад в лазер, порождение возможного повреждения(ущерба) системе.

Стабильность источника излучения лазера - важный аспект в многих приложениях, особенно в количественной микроскопии, где флуктуации освещенности могут неблагоприятно затрагивать экспериментальные результаты. Множество коэффициентов(факторов), связанных с вынужденной эмиссией и флуктуациями длины кавитационной каверны может стимулировать частотный шум в луче вывода, но другие возмущения, вызывающие амплитудные флуктуации могут создавать, и высокочастотный шум интенсивности и замедлять вариации (дрейф) в оптической выходной мощности. Некоторые источники этих флуктуаций интенсивности связаны с функцией лазерной головки непосредственно или источника питания. Наиболее общие(обычные) источники шума в луче вывода для различных лазерных категорий перечислены ниже: