Трехфотонная микроскопия – усовершенствованный метод двухфотонной микроскопии, в котором используется не двух-, а трехфотонное возбуждение в диапазоне 1300 – 1700 нм. Увеличение длины волны возбуждающего лазерного излучения до 1700 нм позволяет сократить рассеяние и поглощение в тканях, ограничивающих глубину поля зрения, однако методы компенсации дисперсии в многофотонной микроскопии по-прежнему остаются актуальной темой исследований в современной фотонике.
Эффекты дисперсии групповых скоростей влияют на фазу в каждой спектральной компоненте импульса на величину, зависящую от частоты и длины распространения. Спектр импульса остается неизменным, но его форма искажается: характерное следствие дисперсии – частотная модуляция, приводящая к «расплыванию» профиля оптического импульса.
Схема эксперимента в 3Р-микроскопии. Автокоррелятор используется для измерения длительности импульса, оптический параметрический усилитель – для перестраивания длины волны лазерного источника. Для оценки дисперсии импульса применяется трехфотонный лазерный микроскоп. Фото Christian Wilms.
В многофотонной микроскопии длительность импульса и мощность испускаемых флюоресцентных фотонов связана обратной квадратичной зависимостью: чем короче импульс лазерного излучения (для трехфотонной микроскопии оптимальной длительностью считается длина 40 – 70 фс), тем большей энергией за единицу времени обладает излучение флюорофора. Недостаток энергии импульса ведет к значительному уменьшению количества излучаемых веществом фотонов, что негативно влияет на разрешение и контраст итогового изображения.
Рисунок 1. Влияние дисперсии групповой скорости на форму импульса: многофотонное возбуждение.
Искажение (уширение) формы происходит вследствие дисперсии групповых скоростей спектральных компонент импульса. Этот параметр определяется оптическим материалом и измеряется в фс2/мм, показывая соотношение между дисперсией и длиной оптического пути. В микроскопе, как правило, присутствует оптика из разных материалов, следовательно, каждый элемент влияет на форму светового импульса.
Уменьшить дисперсию в оптической схеме возможно подбором соответствующих оптических материалов, а также коррекцией расположения оптических элементов в схеме. Специальные пассивные устройства, компенсаторы дисперсии, предназначены для исправления формы оптических сигналов. Эти устройства вносят угловую дисперсию, равную по величине и противоположную по знаку. Суммарная дисперсия системы становится равной нулю.
Схема опыта по микроскопии трехфотонного возбуждения. Используется HyperScope Scientifica, компенсатор дисперсии и измеритель длительности импульса АРЕ. Фото Christian Wilms.
Рисунок 2. Графики иллюстрируют необходимую величину дисперсии групповой задержки в стандартной конфигурации 2P-микроскопа. Верхняя и нижняя линии соответствуют высоким и низким значениям дисперсии в объективах микроскопа.
Рисунок 3. График иллюстрирует требуемую величину дисперсии групповой задержки в стандартной конфигурации 3P-микроскопа. При трехфотонном возбуждении присутствует как отрицательная, так и положительная дисперсионные компоненты.
Необходимо отметить, что схемы компенсации дисперсии при двух- и трехфотонном возбуждении различаются. Интенсивность и контраст визуализации при трехфотонном возбуждении флюоресценции зависит от мощности импульса: чем более короткий импульс достигает вещества, тем более контрастная и информативная картина получается в результате.
На форму фемто- и пикосекундного импульса влияют эффекты дисперсии третьего порядка, вызывая значительное уширение и снижая пиковую мощность. Компания APE предлагает решения для научных исследований в области микроскопии с многофотонным возбуждением:
©APE
Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции APE на территории РФ
В статье описывается усовершенствование метода лазерно-водоструйной обработки: добавление коаксиально-кольцевой аргоновой струи, мгновенно очищающей отверстие от образующегося осадка. Таким образом сохраняется высокий объем абляции при создании глубоких отверстий в сложно обрабатываемых материалах.
В обзоре сравниваются наиболее востребованные модели наносекундных лазеров производства Litron Lasers и СОЛАР ЛС, в том числе лазеры с модуляцией добротности с высокой и сверхвысокой энергией импульса, высокой частотой повторения импульсов, компактные лазеры и лазеры с диодной накачкой.
г. Санкт-Петербург, улица Савушкина 83, корп. 3
