看聲光可調諧濾波器（AOTF）如何增強共聚焦顯微鏡的多功能性

聲光可調諧濾波器（AOTF）可以為共聚焦顯微鏡提供更加清晰的圖像、逐像素波長(cháng)的靈敏性以及精確的控制。Gooch & Housego（G&H）的生命科學(xué)部門(mén)副總裁Lars Sandstr?m探討了聲光可調諧濾波將來(lái)的技術(shù)發(fā)展，以及如何進(jìn)一步增強共聚焦顯微鏡在生命科學(xué)領(lǐng)域的多功能性。

共聚焦顯微鏡，也稱(chēng)為共聚焦激光掃描顯微鏡（CLSM），在生命科學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)應用了數十年。從眼科到神經(jīng)科學(xué)，共聚焦顯微鏡支持拯救生命相關(guān)的診斷、治療和研究。

如今，共聚焦顯微鏡的生物醫學(xué)應用越來(lái)越依賴(lài)于聲光可調濾波器（AOTF）。AOTF技術(shù)在精確控制、靈敏性和速度方面均有提升，增強了共聚焦顯微鏡的多功能性，從而進(jìn)一步實(shí)現了科學(xué)創(chuàng )新。隨著(zhù)對更高圖像清晰度和靈活性的需求增加，AOTF解決方案可能會(huì )變得更加復雜，并需要特定的綜合專(zhuān)業(yè)技術(shù)和功能。

AOTF在共聚焦顯微鏡中的運用與優(yōu)勢

聲光（AO）器件在共聚焦顯微鏡中有很多運用。您可以在調制、功率控制、激光切換、激光耦合和分光中找到它們的身影。對于單個(gè)掃描頭來(lái)說(shuō)，例如徠卡顯微系統的STELLARIS 8，聲光器件被廣泛運用于其中。在它們之中，AOTF更是明星產(chǎn)品，提供了多種優(yōu)勢，包括：

徠卡STELLARIS 8 掃描頭

更清晰的圖像

檢查活體組織的一個(gè)挑戰是在標本移動(dòng)或著(zhù)分子變化/損壞之前，足夠快速地獲取多光譜數據。AOTF的多功能性允許分析活細胞，這意味著(zhù)科學(xué)家們就可以完整而又準確的監測動(dòng)態(tài)細胞過(guò)程，而這是基于 AOTF 系統所允許的快速光強與波長(cháng)切換功能。熒光漂白后恢復（FRAP）、熒光漂白損失（FLIP）和用戶(hù)定義的小標本區域（感興趣的ROI區域）等技術(shù)已經(jīng)取得了很大進(jìn)展。

逐像素波長(cháng)和功率控制

顯微鏡專(zhuān)家可以保持高掃描速率，同時(shí)逐像素調整圖像。通過(guò)為每個(gè)波長(cháng)和激光分配不同的光強來(lái)實(shí)現不同信號電平的平衡。AOTF的一個(gè)用途是選擇特定的激發(fā)波長(cháng)并設置白光激光器的功率。此外AOTF還可以與激光多路復用技術(shù)相結合。AOTF通過(guò)選擇系統中的激光源并控制其強度來(lái)控制波長(cháng)和光強。聲光效應允許快速并精確地控制傳輸和波長(cháng)選擇。這樣AOTF就可用作激發(fā)光的濾波器，并且可以實(shí)現“動(dòng)態(tài)"調整。這與傳統的介質(zhì)帶通濾波器形成鮮明對比，任何調整都意味著(zhù)需要購買(mǎi)新的濾波器，并且顯微鏡中可以安裝的濾波器數量始終存在限制。

環(huán)境穩定性

共聚焦系統中的AOTF實(shí)現了對多條激光線(xiàn)路進(jìn)行靈敏、快速的電子調諧和強度控制，消除了由溫度或濕度變化引起的任何潛在頻率漂移。而這些對于傳統濾波轉臺/輪的機械調諧方案很難實(shí)現。

AOTF技術(shù)與指標

在A(yíng)OTF中，射頻驅動(dòng)器輸出的頻率作用于壓電換能器（通常是鈮酸鋰），從而產(chǎn)生聲波并耦合到聲光材料中，如二氧化碲(TeO2)。這就產(chǎn)生了一個(gè)衍射光柵，其中晶體的折射率隨驅動(dòng)器提供頻率的變化而變化。當相干光束穿過(guò)晶體時(shí)，只有一窄帶的頻率滿(mǎn)足相位匹配條件，并且以未衍射光束不同的角度離開(kāi)晶體，而這便形成了衍射光斑。晶體的幾何形狀對于獲得所需的性能至關(guān)重要。

大多數聲光器件都是按標準規格制造的，G&H是一家行業(yè)內領(lǐng)xian的專(zhuān)業(yè)公司，提供廣泛的聲光可調諧濾波器，覆蓋從紫外到中紅外的波長(cháng)，帶寬小于1nm。G&H的聲光可調諧系統包括電子控制、可配置驅動(dòng)器，以提高操作人員的靈活性和反饋穩定系統。無(wú)論工作環(huán)境條件如何，均可以保持波長(cháng)的穩定性。G&H還運用了一項獲得專(zhuān)li的旁瓣抑制技術(shù)，以提高頻譜純度。

至關(guān)重要的是，G&H是唯yi一家自己生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)二氧化碲(TeO2)晶體的光學(xué)系統開(kāi)發(fā)商。這有助于保持一致性和可靠性，從而產(chǎn)生更加一致和可重復的AOTF產(chǎn)品。這種在G&H的美國工廠(chǎng)(符合ITAR標準)生長(cháng)，拋光和制造晶體的能力確保了在行業(yè)內領(lǐng)xian的地位。

下一代共聚焦顯微鏡的驅動(dòng)力

從OEM客戶(hù)和zui終用戶(hù)對共聚焦顯微鏡發(fā)展方向的反饋表明，多功能性是一個(gè)關(guān)鍵的要求。對單一系統內更大范圍可調諧波長(cháng)的需求正在增長(cháng)，提供靈敏性，以及更好的使用價(jià)值。G&H已經(jīng)可以提供單個(gè)濾波器可直接覆蓋400-2400 nm的范圍(而不是通常需要的三個(gè)濾波器)，并且在實(shí)現驅動(dòng)的靈敏性方面更進(jìn)一步。

溫度效應的管理是另一個(gè)需要進(jìn)一步創(chuàng )新的領(lǐng)域。AOTF對溫度變化非常敏感。為了克服這個(gè)問(wèn)題，G&H驅動(dòng)器的設計基于一個(gè)可以保持溫度的芯片，并且通過(guò)一個(gè)反饋系統調整輸出以保持溫度恒定，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為波長(cháng)鎖定。該集成系統還包含晶體結構、序列號等可訪(fǎng)問(wèn)信息。

為了zui大限度地發(fā)揮AOTF系統的潛力及其對用戶(hù)的好處，G&H在顯微鏡系統制造商設計下一代顯微鏡之初就開(kāi)始與他們合作。這種協(xié)作方法使制造商能夠提高他們的顯微鏡和超連續源的性能。

總而言之，經(jīng)驗已經(jīng)證明了采用漸進(jìn)式而不是革命性的方法來(lái)實(shí)現AOTF和驅動(dòng)系統制造和集成的優(yōu)勢。G&H將與顯微鏡行業(yè)攜手合作，不斷改進(jìn)AOTF技術(shù)，以跟上生命科學(xué)和生物光子學(xué)應用的快速發(fā)展步伐。

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