Применение модифицированных лазерных пучков в научных исследованиях

Дифракционные оптические элементы (ДОЭ) Holo/Or применяются в научных и промышленных целях. За 30 лет работы в индустрии компания накопила значительный опыт в моделировании и производстве прецизионных дифракционных компонентов.

STED-микроскопия

STED-микроскопия – один из методов микроскопии сверхвысокого разрешения, основанный на подавлении излучения флуорофоров, расположенных вне центра возбуждения. STED-микроскопия позволяет достигать разрешения сверх дифракционного предела.

Метод основан на уменьшении диаметра светящейся точки при помощи дополнительного STED-лазера, который подавляет спонтанную эмиссию во внешней области флюоресцентного пятна (рис. 1) за счет эффекта вынужденного излучения. Пучки возбуждающего и STED-лазера тщательно выравниваются, причем распределение интенсивности STED-лазера в фокусе имеет форму «пончика», с нулевой интенсивностью в центре. Такое распределение можно создать с помощью спиральной фазовой пластины (СФП).

Рисунок 1. Спиральная фазовая пластина для STED-микроскопии

Двухфотонная флуоресцентная микроскопия

Подобно конфокальной микроскопии, в двухфотонной микроскопии лазер используется для возбуждения флуоресцентной метки в образце и измерения флуоресценции. Лазеры, используемые в двухфотонной микроскопии, возбуждают флуоресценцию за счет почти одновременного поглощения двух длинноволновых (~ 800 нм) фотонов. Длинные волны испытывают меньшее рассеяние, чем короткие, что является преимуществом для получения изображений с высоким разрешением. Кроме того, фотоны с меньшей энергией не вызывают повреждения образца за пределами фокального объема и проникают в ткани на более длинные расстояния.

Используя дифракционные светоделители Holo/Or для одномерной проекции, можно получить несколько точек с желаемым расстоянием разделения и возбуждать флуоресценцию нескольких частиц одновременно.
 

Рисунок 2. Деление пучка излучения в флуоресцентной микроскопии

Генерация бесселевых пучков

Пучки Бесселя обладают некоторой невосприимчивостью к дифракции - они не дифрагируют и не "расплываются" (в отличие от обычных световых волн). Свое название эти пучка получили благодаря тому, что их свойства описываются функцией Бесселя.

При фокусировке пучки Бесселя имеют гораздо большую глубину резкости по сравнению с пучком Гаусса. Дифракционные аксиконы применяют для создания бесселевых пучков.

Рисунок 3. Дифракционные аксиконы, используемые для создания пучков Бесселя

Генерация и преобразование оптического режима

На практике часто требуется преобразовать фундаментальную лазерную моду TEM00 в моды более высокого порядка. Преобразование мод выполняется в потоковой цитометрии, оптической телекоммуникации, микроскопии биологических клеток и сканировании.

Компания Holo/Or разработала новую линейку продуктов для преобразования лазерной моды: p-фазовые пластины. Для генерации пучков Лагерра-Гаусса оптимально использовать спиральные фазовые пластины.

Рисунок 4. Преобразование лазерной моды

Оптические пинцеты (или атомные ловушки)

Принцип действия оптического пинцета основан на том, что поток лазерного излучения обладает импульсом и при изменении его направления возникает сила, связанная с этим изменением. Пучок лазера (обычно это мощное инфракрасное излучение) с помощью микрообъектива фокусируется в точку плоскости образца. Частица удерживается на оси пучка, а при фокусировке пучка линзой она "втягивается" в точку фокуса и оказывается "пойманной" – так действует оптическая ловушка.

Рисунок 5. Оптический пинцет, образованный аксиконом и спиральной фазовой пластиной

Генерация пучков Эйри

Пучок Эйри - это недифрагирующая форма волны, которая создает видимость искривления при движении, образуя параболическую дугу. В сечении пучок Эйри представляет собой область, на которую приходится основная интенсивность, яркость соседних областей последовательно затухает, сходясь к нулю в бесконечности

Распространяясь, луч Эйри не подвергается дифракции, то есть не расплывается. Для этого луча характерно свободное ускорение.

Рисунок 6. Пучок Эйри в поперечном сечении

Объединение когерентных пучков

Объединение нескольких маломощных лазерных пучков в один мощный когерентный пучок позволяет увеличить мощность излучения намного выше той, которую можно получить от одного лазера.

Рассмотрим, например, трехточечный дифракционный светоделитель: падающий гауссов пучок на выходе представляет собой три пучка с заданными углами разделения и интенсивностями. При изменении ориентации ДОЭ на противоположную можно получить единый выходной сигнал ( в том случае, если входящие лучи взаимно когерентны и настроены так, что они входят в элемент под одинаковыми углами и имеют одинаковые амплитуды).

Рисунок 7. Объединенитель когерентных пучков

Потоковая цитометрия

Потоковая цитометрия - технология, используемая для анализа физических и химических характеристик частиц в жидкости с помощью лазерного излучения. Когда меченые клетки проходят мимо источника света, флуоресцентные молекулы возбуждаются до определенного энергетического состояния. По возвращении в состояние покоя флуорохромы излучают световую энергию на более длинных волнах, что позволяет измерять размер ячеек и внутреннюю сложность структуры.

Проточная цитометрия - это широко используемый метод для изучения многих аспектов клеточной биологии и обычно используется для диагностики заболеваний (рака крови), а также в фундаментальных и клинических исследованиях.

Рисунок 8. Схема потоковой цитометрии

© Holo / Или

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции Holo/Or на территории РФ