看聲(sheng)光(guang)可調諧濾波器(qi)（AOTF）如何增強共聚(ju)焦顯微鏡的多功能性

聲(sheng)光(guang)可調(diao)諧(xie)濾波器（AOTF）可以(yi)為共(gong)聚焦(jiao)顯(xian)(xian)微(wei)鏡提(ti)供更加清(qing)晰的(de)(de)圖像、逐像素波長的(de)(de)靈敏性(xing)以(yi)及精確的(de)(de)控制。Gooch & Housego（G&H）的(de)(de)生命科學部門副總(zong)裁Lars Sandstr?m探討(tao)了聲(sheng)光(guang)可調(diao)諧(xie)濾波將(jiang)來的(de)(de)技術發展，以(yi)及如(ru)何進一步增強共(gong)聚焦(jiao)顯(xian)(xian)微(wei)鏡在生命科學領域的(de)(de)多功能性(xing)。

共聚焦(jiao)顯(xian)微(wei)鏡，也(ye)稱(cheng)為共聚焦(jiao)激光掃描顯(xian)微(wei)鏡（CLSM），在生(sheng)命(ming)科(ke)(ke)學(xue)(xue)領(ling)域已經(jing)(jing)應用了(le)數十年。從眼科(ke)(ke)到神經(jing)(jing)科(ke)(ke)學(xue)(xue)，共聚焦(jiao)顯(xian)微(wei)鏡支(zhi)持拯救生(sheng)命(ming)相關的(de)診斷、治療和研(yan)究。

如今，共聚焦顯微鏡的(de)生物醫學(xue)應用(yong)越來越依賴于聲光可調濾波器（AOTF）。AOTF技(ji)術(shu)在(zai)精(jing)確控制、靈敏性和速度方(fang)面(mian)均有提升(sheng)，增(zeng)強(qiang)了共聚焦顯微鏡的(de)多(duo)功能(neng)性，從而(er)進一步實(shi)現了科學(xue)創新(xin)。隨著對更(geng)高圖像清晰度和靈活性的(de)需(xu)求增(zeng)加，AOTF解決方(fang)案可能(neng)會變得(de)更(geng)加復(fu)雜(za)，并(bing)需(xu)要特(te)定的(de)綜(zong)合專業技(ji)術(shu)和功能(neng)。

AOTF在共聚焦顯微鏡中的運用與優勢

聲光(guang)(guang)（AO）器件在(zai)共聚焦顯微鏡(jing)中(zhong)有很多(duo)運用(yong)(yong)。您可以在(zai)調制、功率(lv)控制、激光(guang)(guang)切換、激光(guang)(guang)耦合和分光(guang)(guang)中(zhong)找到它們的(de)(de)身影。對于單個(ge)掃描頭來說，例(li)如徠卡(ka)顯微系統的(de)(de)STELLARIS 8，聲光(guang)(guang)器件被廣泛運用(yong)(yong)于其中(zhong)。在(zai)它們之中(zhong)，AOTF更(geng)是明(ming)星產品，提供(gong)了(le)多(duo)種優勢，包括：

徠(lai)卡STELLARIS 8 掃描(miao)頭

更(geng)清晰的圖像(xiang)

檢(jian)查活(huo)(huo)體組織的一個挑(tiao)戰是(shi)在標本(ben)移(yi)動或著(zhu)分子變化(hua)/損(sun)壞之前，足夠快速地獲(huo)取(qu)多(duo)光(guang)(guang)譜數據(ju)。AOTF的多(duo)功能性允許分析(xi)活(huo)(huo)細胞，這意味著(zhu)科學家們就可(ke)以(yi)完(wan)整而(er)又準確的監測動態細胞過程，而(er)這是(shi)基于 AOTF 系統所允許的快速光(guang)(guang)強與波長切(qie)換功能。熒(ying)光(guang)(guang)漂(piao)白(bai)后恢復（FRAP）、熒(ying)光(guang)(guang)漂(piao)白(bai)損(sun)失（FLIP）和用戶(hu)定義的小標本(ben)區(qu)域（感興趣的ROI區(qu)域）等技術已經取(qu)得了很大進展。

逐像(xiang)素波(bo)長和功率控制(zhi)

顯微鏡專家可(ke)以(yi)(yi)(yi)保持高掃描速(su)率，同(tong)(tong)時逐像(xiang)素(su)調整圖像(xiang)。通過為每個波(bo)(bo)長(chang)和(he)(he)激(ji)光(guang)(guang)分配不(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)光(guang)(guang)強來實(shi)現不(bu)同(tong)(tong)信號(hao)電(dian)平的(de)(de)平衡(heng)。AOTF的(de)(de)一個用途是選(xuan)(xuan)擇特(te)定的(de)(de)激(ji)發(fa)波(bo)(bo)長(chang)并設置白光(guang)(guang)激(ji)光(guang)(guang)器(qi)的(de)(de)功率。此外AOTF還可(ke)以(yi)(yi)(yi)與(yu)激(ji)光(guang)(guang)多路(lu)復用技(ji)術相結(jie)合。AOTF通過選(xuan)(xuan)擇系統中(zhong)的(de)(de)激(ji)光(guang)(guang)源并控(kong)(kong)制其強度來控(kong)(kong)制波(bo)(bo)長(chang)和(he)(he)光(guang)(guang)強。聲光(guang)(guang)效應允許快(kuai)速(su)并精確地控(kong)(kong)制傳輸和(he)(he)波(bo)(bo)長(chang)選(xuan)(xuan)擇。這樣(yang)AOTF就可(ke)用作(zuo)激(ji)發(fa)光(guang)(guang)的(de)(de)濾(lv)(lv)波(bo)(bo)器(qi)，并且(qie)可(ke)以(yi)(yi)(yi)實(shi)現“動態"調整。這與(yu)傳統的(de)(de)介質帶通濾(lv)(lv)波(bo)(bo)器(qi)形成鮮明對比(bi)，任何調整都意味(wei)著需要購買新(xin)的(de)(de)濾(lv)(lv)波(bo)(bo)器(qi)，并且(qie)顯微鏡中(zhong)可(ke)以(yi)(yi)(yi)安裝(zhuang)的(de)(de)濾(lv)(lv)波(bo)(bo)器(qi)數(shu)量始終(zhong)存在限制。

環境穩定性

共聚(ju)焦系統中(zhong)的AOTF實(shi)現(xian)了(le)對多(duo)條激光線路進行靈敏(min)、快速(su)的電子調諧(xie)和強(qiang)度控制(zhi)，消(xiao)除了(le)由溫度或濕度變化引(yin)起的任何潛在頻率(lv)漂(piao)移。而這些對于傳統濾(lv)波轉(zhuan)臺(tai)/輪(lun)的機械調諧(xie)方案很難實(shi)現(xian)。

AOTF技術與指標

在AOTF中，射(she)頻(pin)驅(qu)動器輸出(chu)的頻(pin)率作用于壓電換能器（通常是鈮酸(suan)鋰），從而產生聲(sheng)(sheng)波并(bing)耦合到聲(sheng)(sheng)光材料中，如(ru)二氧化碲(TeO2)。這就(jiu)產生了(le)一(yi)個衍(yan)射(she)光柵，其中晶(jing)體(ti)的折射(she)率隨驅(qu)動器提供頻(pin)率的變化而變化。當相干(gan)光束穿過晶(jing)體(ti)時，只(zhi)有一(yi)窄帶的頻(pin)率滿足相位匹配條件，并(bing)且以未(wei)衍(yan)射(she)光束不同的角度(du)離開晶(jing)體(ti)，而這便形(xing)成(cheng)了(le)衍(yan)射(she)光斑(ban)。晶(jing)體(ti)的幾何形(xing)狀對于獲(huo)得(de)所需(xu)的性能至關重要。

大(da)多(duo)數(shu)聲光器(qi)件都(dou)是按(an)標準規格制造(zao)的(de)，G&H是一家行(xing)業內領xian的(de)專業公司，提(ti)供(gong)廣泛(fan)的(de)聲光可(ke)(ke)調諧濾波(bo)器(qi)，覆蓋(gai)從(cong)紫外到中紅外的(de)波(bo)長，帶寬(kuan)小于(yu)1nm。G&H的(de)聲光可(ke)(ke)調諧系統包括(kuo)電子控制、可(ke)(ke)配置(zhi)驅動器(qi)，以(yi)(yi)提(ti)高(gao)操作人員的(de)靈活性和(he)反饋穩(wen)定(ding)(ding)系統。無(wu)論工作環(huan)境條件如何，均可(ke)(ke)以(yi)(yi)保持波(bo)長的(de)穩(wen)定(ding)(ding)性。G&H還運用(yong)了一項獲得專li的(de)旁瓣抑制技術，以(yi)(yi)提(ti)高(gao)頻譜(pu)純度(du)。

至關重要的是，G&H是唯yi一家自己生產優質二氧化碲(TeO2)晶體的光學系統開發商。這有助于保持一致性和可靠性，從而產生更加一致和可重復的AOTF產品。這種在G&H的美國工廠(符合ITAR標準)生長，拋光和制造晶體的能力確保了在行業內領xian的地位。

下(xia)一(yi)代(dai)共聚焦顯微鏡(jing)的驅動力

從OEM客戶(hu)(hu)和zui終用(yong)戶(hu)(hu)對共聚焦顯微鏡(jing)發(fa)展方向(xiang)的反(fan)饋表(biao)明，多功能性是(shi)(shi)一(yi)個關鍵的要求(qiu)。對單一(yi)系統內(nei)更(geng)大范圍(wei)可調諧波(bo)長(chang)的需求(qiu)正在增長(chang)，提供靈(ling)敏性，以及(ji)更(geng)好的使用(yong)價值(zhi)。G&H已經可以提供單個濾波(bo)器可直接覆蓋400-2400 nm的范圍(wei)(而不是(shi)(shi)通常(chang)需要的三個濾波(bo)器)，并(bing)且在實現驅動(dong)的靈(ling)敏性方面更(geng)進一(yi)步。

溫度(du)效應的(de)管理是另(ling)一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)需(xu)要進一(yi)(yi)步創新的(de)領域(yu)。AOTF對溫度(du)變(bian)化(hua)非常敏感。為了克服這(zhe)個(ge)(ge)(ge)問題(ti)，G&H驅動器(qi)的(de)設計基于(yu)一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)可(ke)以保(bao)持溫度(du)的(de)芯片，并(bing)且通過(guo)一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)反(fan)饋系(xi)統(tong)調(diao)整輸出以保(bao)持溫度(du)恒定，這(zhe)個(ge)(ge)(ge)過(guo)程稱為波長鎖定。該集成系(xi)統(tong)還包含晶體結構(gou)、序列號等(deng)可(ke)訪問信息。

為了zui大限度地發揮(hui)AOTF系統(tong)的(de)潛力及其對(dui)用(yong)戶的(de)好處，G&H在顯微鏡系統(tong)制(zhi)造(zao)商設計(ji)下一代顯微鏡之初就開(kai)始(shi)與(yu)他們合作。這種協作方法使制(zhi)造(zao)商能夠提高(gao)他們的(de)顯微鏡和超連(lian)續源的(de)性能。

總而言之，經驗已經證明了采用(yong)漸進式而不是革命(ming)性的方法來實現(xian)AOTF和驅動(dong)系統制(zhi)造(zao)和集成(cheng)的優勢。G&H將與顯(xian)微鏡行(xing)業攜手合作，不斷改進AOTF技術，以跟上生命(ming)科學(xue)和生物光子學(xue)應(ying)用(yong)的快(kuai)速發展步伐。

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