聲光可調(diào)濾波器如何增強(qiáng)共聚焦顯微鏡的多功能性

共聚焦顯微鏡，又稱共聚焦激光掃描顯微鏡 (CLSM)，已應(yīng)用于生命科學(xué)領(lǐng)域數(shù)十年。從眼科學(xué)到神經(jīng)科學(xué)，共聚焦顯微鏡支持著挽救生命的診斷、治療和研究。如今，共聚焦顯微鏡的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用越來(lái)越依賴于聲光可調(diào)濾波器 (AOTF)。AOTF 技術(shù)帶來(lái)的精確控制、靈活性和速度增強(qiáng)了共聚焦顯微鏡的多功能性，從而推動(dòng)了進(jìn)一步的科學(xué)創(chuàng)新。隨著對(duì)更高圖像清晰度和靈活性的需求不斷增加，AOTF 解決方案可能會(huì)變得更加復(fù)雜，需要特定的綜合專業(yè)知識(shí)和能力。

AOTF 在共聚焦顯微鏡中的用途和優(yōu)勢(shì)

聲光器件在共聚焦顯微鏡中有許多用途。它們可用于調(diào)制、功率控制、激光切換、激光耦合和光束分離。在單個(gè)掃描頭（例如 Leica Microsystems 的STELLARIS 8）中，聲光器件得到廣泛使用。尤其是 AOTF 表現(xiàn)優(yōu)異，具有多種優(yōu)勢(shì)，包括：

更清晰的圖像：檢查活體組織的一個(gè)挑戰(zhàn)是快速獲取多光譜數(shù)據(jù)，同時(shí)避免樣本移動(dòng)或分子變化或損壞。AOTF 的多功能性使活細(xì)胞能夠被分析。這意味著科學(xué)家可以借助基于 AOTF 的系統(tǒng)允許的快速?gòu)?qiáng)度和波長(zhǎng)切換功能來(lái)監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)細(xì)胞過(guò)程。由于快速?gòu)?qiáng)度和波長(zhǎng)切換功能，研究人員現(xiàn)在可以準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)完整的動(dòng)態(tài)細(xì)胞過(guò)程。光漂白后熒光恢復(fù) (FRAP)、光漂白中熒光損失 (FLIP) 和小用戶定義樣本區(qū)域（感興趣的 ROI 區(qū)域）等技術(shù)取得了巨大進(jìn)展。

AOTF 可為共聚焦顯微鏡提供更清晰的圖像、逐像素波長(zhǎng)靈活性和精確控制。

逐像素波長(zhǎng)和功率控制：顯微鏡專家可以保持較高的掃描速度，同時(shí)逐個(gè)像素地調(diào)整圖像。通過(guò)為每個(gè)波長(zhǎng)和激光分配不同的強(qiáng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)不同信號(hào)電平的平衡。AOTF 的一個(gè)用途是選擇激發(fā)波長(zhǎng)和設(shè)置白光激光器的功率。

先進(jìn)的激光多路復(fù)用時(shí)間表：AOTF 通過(guò)選擇系統(tǒng)中的激光源并控制其強(qiáng)度來(lái)控制波長(zhǎng)和強(qiáng)度。聲光技術(shù)可以快速精確地控制傳輸和波長(zhǎng)選擇。然后用作激發(fā)濾波器的 AOTF 可以“動(dòng)態(tài)”調(diào)整。這與傳統(tǒng)的介電帶通濾波器形成對(duì)比，在傳統(tǒng)的介電帶通濾波器中，任何調(diào)整都意味著需要購(gòu)買新的濾波器。此外，顯微鏡中可以安裝的濾波器數(shù)量總是有限的。

環(huán)境穩(wěn)定性：共焦系統(tǒng)中的 AOTF 通過(guò)實(shí)現(xiàn)靈活、快速的電子調(diào)諧和多條激光線的強(qiáng)度控制，消除了溫度或濕度變化引起的任何潛在頻率漂移。使用濾光片轉(zhuǎn)盤/輪的機(jī)械調(diào)諧方案很難實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

Leica Microsystems 的STELLARIS 8

技術(shù)和規(guī)格

在 AOTF 中，將 RF 驅(qū)動(dòng)頻率施加到壓電換能器（通常是鈮酸鋰）上，從而產(chǎn)生聲波。該聲波被耦合到聲光材料中，例如二氧化碲 (TeO2)。這會(huì)產(chǎn)生衍射光柵，其中晶體的折射率隨驅(qū)動(dòng)頻率而變化。當(dāng)相干光束穿過(guò)晶體時(shí)，只有窄帶頻率會(huì)滿足相位匹配條件并以不同于非衍射光束的角度離開(kāi)晶體。晶體幾何形狀對(duì)于獲得所需的性能至關(guān)重要。大多數(shù)高端聲光器件都是按規(guī)格制造的，G&H 是一家領(lǐng)先的專家，提供各種聲光可調(diào)濾波器，覆蓋從紫外線到中紅外的波長(zhǎng)，帶寬小于 1 nm。G&H 的聲光可調(diào)系統(tǒng)包括電子控制、可配置驅(qū)動(dòng)器（用于提高操作員靈活性）和反饋穩(wěn)定系統(tǒng)，無(wú)論環(huán)境條件如何，都能保持波長(zhǎng)穩(wěn)定性。 G&H 還采用了專利的旁瓣抑制技術(shù)來(lái)提高頻譜純度。至關(guān)重要的是，G&H 是唯一一家自行生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)二氧化碲 (TeO2) 晶體的光學(xué)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商。這有助于保持一致性和可靠性，從而生產(chǎn)出更一致、可重復(fù)的 AOTF 產(chǎn)品。這種在我們位于美國(guó)的工廠之一（符合 ITAR 規(guī)定）生產(chǎn)、拋光和制造晶體的能力確保了行業(yè)領(lǐng)先的標(biāo)準(zhǔn)。

新一代驅(qū)動(dòng)程序

對(duì)于 OEM 客戶和最終用戶，共聚焦顯微鏡發(fā)展方向的反饋表明，多功能性是一項(xiàng)關(guān)鍵要求。對(duì)單個(gè)系統(tǒng)內(nèi)更廣泛的可調(diào)波長(zhǎng)范圍的需求正在增長(zhǎng)，這不僅提供了靈活性，也提供了更好的價(jià)值。G&H 已經(jīng)提供了一個(gè)覆蓋 400-2400 nm 范圍的單一光源（而不是通常需要的三個(gè)濾光片），并且正在進(jìn)一步提高驅(qū)動(dòng)器的靈活性。溫度效應(yīng)管理是另一個(gè)需要進(jìn)一步創(chuàng)新的領(lǐng)域。AOTF 對(duì)溫度變化非常敏感。為了克服這個(gè)問(wèn)題，G&H 驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)基于一個(gè)芯片，該芯片可保持溫度，然后使用反饋系統(tǒng)調(diào)整輸出以使其保持恒定，這一過(guò)程稱為波長(zhǎng)鎖定。該集成系統(tǒng)還包含有關(guān)晶體結(jié)構(gòu)、序列號(hào)等的可訪問(wèn)信息。為了最大限度地發(fā)揮 AOTF 系統(tǒng)的潛力及其對(duì)用戶的好處，G&H 在設(shè)計(jì)自己的新一代顯微鏡的最初階段就與顯微鏡系統(tǒng)制造商合作。這種合作方式使制造商能夠提高其顯微鏡和超連續(xù)光源的性能。總而言之，經(jīng)驗(yàn)表明，采用漸進(jìn)式而非革命性的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)卓越的 AOTF 和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)制造和集成具有優(yōu)勢(shì)。G&H 與顯微鏡行業(yè)合作，改進(jìn) AOTF 技術(shù)，以跟上生命科學(xué)和生物光子學(xué)應(yīng)用的快速發(fā)展。