Pikosekundové pulzní polovodičové lasery pro časové rozlišení

Navržený a vyrobený společností Becker & Hickl - bh nabízí pikosekundové pulzní diodové polovodičové lasery ve vlnových délkách od UV po NIR. Všechny pikosekundové pulzní polovodičové lasery bh jsou k dispozici s jednoduchým +12V napájením nebo z USB portu počítače nebo notebooku. Mezi další vlastnosti patří vysoké opakovací frekvence, krátké šířky pulzů, bezprecedentní časování a stabilita výkonu a extrémně nízké úrovně elektrického šumu. Kompletní elektronika pohonu je integrována do laserového modulu. Všechny polovodičové laserové moduly bh jsou přímo kompatibilní s moduly bh TCSPC. Zjistěte více o různých aplikacích produktů, zejména v systémech TCSPC, na této stránce.
Jaké jsou aplikace ultrakrátkých pulzních laserů?
Jednou z nejdůležitějších oblastí použití ultrakrátkých pulzních laserů je skenovací zobrazovací technika fluorescenčního celoživotního zobrazování (FLIM). Technika TCSPC-FLIM je konkrétně založena na použití pulzního laserového paprsku z pulzního polovodičového laseru ke skenování vzorku při vysoké opakovací frekvenci a následné detekci jednotlivých fotonů fluorescenčního signálu vráceného ze vzorku. Každý foton je určen svým časem v cyklu laserového pulzu a polohou laserové skvrny ve snímané oblasti v době detekce. Proces záznamu vytváří rozložení fotonů přes tyto parametry. Na výsledek lze nahlížet jako na uspořádání pixelů, z nichž každý obsahuje kompletní křivku poklesu fluorescence ve velkém počtu časových kanálů.
Oční FLIM je jednou z oblastí použití pulzních laserů. Základním požadavkem pro tuto aplikaci je buzení lidského oka pikosekundovým polovodičovým laserem.
Paprsek generovaný polovodičovým laserem je promítán přímo do zornice pacientova oka. Fluorescence vracející se z očního pozadí (fundus) je detekována ve dvou vlnových kanálech.
Toto světlo je zachycováno modulem FLIM, zpracováváno a vyhodnocováno během snímkování. Takto získaná data poskytují lékařům možnost rozpoznat časné oční onemocnění mnohem rychleji než v současnosti dostupné metody. Pulzní polovodičové lasery tak mohou být velkou pomocí při včasné detekci a léčbě a v konečném důsledku zlepšit kvalitu života pacientů.
LHB-104 quad laser box, také známý jako "laser-hub", obsahuje až čtyři BDS-SM lasery. Paprsky jednotlivých laserů jsou kombinovány do jednoho výstupu volného paprsku nebo jednovidového výstupu s vlákny. Jedna krabice obsahuje řídicí elektroniku ekvivalentní laserovým spínacím skříním LSB-C a LSB-C2. Kromě toho laserová skříň obsahuje elektroniku pro multiplexování vlnových délek, vstupy řídicích signálů a výstupy synchronizačních signálů modulu TCSPC.
Becker & Hickl může nabídnout širokou škálu laserů pro různé účely. Zde stojí za zmínku zejména dva příklady:
Jednorežimový laser (BDS-SM)
Multimódový laser (BDS-MM)
Vzhledem ke svému viditelnému rozsahu jsou SM i MM lasery vhodné pro speciální aplikace. Mezi ně patří excitace různých fluoroforů a dalších biologických vzorků, jak je popsáno níže.
Dva příklady pikosekundových pulzních polovodičových laserů
Lasery bh BDL a BDS jsou určeny pro aplikace laserové skenovací mikroskopie. Vyznačují se rychlým ovládacím vstupem pro zapnutí/vypnutí, který vypíná laser během zpětného pohybu paprsku skeneru a multiplexuje několik laserů různých vlnových délek.
Lasery řady BDS-SM
Lasery BDS-SM jsou malé moduly o rozměrech pouze 40 mm x 70 mm x 120 mm. Lasery obsahují celou elektroniku pohonu. Jako obvykle jsou napájeny jednoduchým +12 V. Pikosekundové polovodičové lasery BDS poskytují výstup jak s volným paprskem, tak s jednovidovým vláknem. Šířky impulsů jsou asi 50 až 90 ps a frekvenci opakování impulsů lze přepínat mezi 80 MHz, 50 MHz, 20 MHz a CW. snímky
K dispozici jsou všechny typické vlnové délky polovodičového laseru od 375 nm do 785 nm, jiné vlnové délky jsou také k dispozici na vyžádání. Lasery BDS používají stejný princip pohonu jako lasery BDL-SMN. V důsledku toho lze dosáhnout vysokého optického výkonu s dobrým tvarem pulzu, jak je znázorněno na obrázku níže. Výstupní výkon je stabilizován vnitřní regulační smyčkou a umožňuje rychlé spínání. Laser má synchronizační výstup do modulu bh TCSPC a spouštěcí vstup pro synchronizaci s jinými pulzními lasery.
Lasery řady BDS-MM
Laser BDS-MM je multimódová verze laseru BDS-SM. V závislosti na verzi s vlnovou délkou může být CW ekvivalentní výkon při 50 MHz opakovací frekvenci až 20 až 50 mW. Ve většině případů je tvar pulzu udržován bez ocasů a zpětných pulzů až do výkonu více než 10 mW. Bylo však nutné udělat určité kompromisy: kvůli omezení spotřeby energie nemají MM lasery kontinuální režimy a světlo je obtížné zaostřit do vlákna. Pokud je to možné, měly by být lasery BDS-MM používány s optikou s volným paprskem nebo, je-li spojení vláken nevyhnutelné, s vícevidovými vlákny s průměrem jádra 200 μm nebo větším.
Zvláště zajímavé aplikace a techniky pro pikosekundové pulzní polovodičové lasery
Jak je uvedeno výše, pikosekundové pulzní polovodičové lasery bh mají mnoho výhod, které otevírají širokou škálu aplikací. Některé z nich zde budou vyobrazeny.
Pikosekundový pulzní polovodičový laser pro FLIM s excitačním multiplexováním vlnových délek
FLIM lze kombinovat s multiplexováním excitačních vlnových délek. Rozšíření tohoto principu na FLIM je znázorněno níže. Buzení na různých vlnových délkách je realizováno multiplexováním (zapínání/vypínání) více laserů nebo přepínáním vlnových délek akusticko-optického laditelného filtru (AOTF) superkontinuálního laseru. Multiplexní signál udávající, který laser (nebo vlnová délka laseru) je aktivní, je přiváděn do směrovacího vstupu modulu TCSPC. Signál udává excitační vlnovou délku.
Modul TCSPC spouští normální proces získávání FLIM: vytváří rozložení fotonů přes souřadnice snímané oblasti, fotonový čas a excitační vlnovou délku. Výsledkem je datový soubor obsahující snímky jednotlivých excitačních vlnových délek. Může být také interpretován jako jeden obrázek, který má ve svých pixelech více křivek rozpadu pro různé vlnové délky excitace.
Pikosekundový pulzní polovodičový laser pro metabolické zobrazování
Jako příklad velmi důležité aplikace ultrakrátkých pulzních laserů je zde uvedeno metabolické zobrazování. Je založeno na současném získávání fluorescenčních celoživotních obrazů NAD(P)H a FAD, aby se minimalizovaly účinky fotobělení, posun fokusu a možné fyziologické změny. Toho lze získat laserovým multiplexováním a multiplexováním TCSPC. Signály ve dvou intervalech emisních vlnových délek jsou zaznamenávány dvěma paralelními kanály FLIM. Základní součástí je bh DCS-120 systém konfokálního skenování FLIM. Metabolický FLIM využívající DCS-120 tedy vyžaduje pouze použití správného laseru a výběr správných parametrů nastavení.
Přilehlý obrázek ilustruje výkon systému využívajícího buňky lidského močového měchýře. tm obrázky, obrázky a1 a obrázky FLIRR dokážou rozlišit mezi normálními a nádorovými buňkami. Data získaná z metabolického zobrazování jsou pro terapii neocenitelná.
Synchronizovaný FLIM/PLIM pomocí ultrakrátkých pulzních laserů
Klíčovou součástí synchronizovaného FLIM/PLIM jsou navíc pikosekundové pulzní polovodičové lasery.
Na rozdíl od jiných technik se na jeden fosforescenční excitační cyklus nepoužívá jeden, ale několik laserových pulzů.
Budicí laser systému FLIM je modulován cykly v rozsahu mikrosekund nebo milisekund.
Systém generuje FLIM obrazy na základě fotonového času v cyklu laserových pulzů a PLIM obrazy z času v modulačním cyklu. Přilehlý obrázek ilustruje princip.
Pikosekundový pulzní polovodičový laser a prostorové multiplexování
Pro difuzní optickou tomografii (DOT) se používá kombinace vlnového multiplexování a prostorového multiplexování. Princip je znázorněn na obrázku níže. Několik pikosekundových polovodičových laserových paprsků je spojeno do jediného vlákna a multiplexováno. Vlákno s kombinovaným laserem je připojeno ke vstupu optického spínače nebo rozděleno do sekcí připojených k více optickým spínačům. Vláknový spínač multiplexuje laserové světlo (které samo sestává z několika multiplexovaných laserových vlnových délek) nepřetržitě do velkého počtu vláken, která dodávají světlo do různých míst vzorku.
Difúzně procházející světlo zaznamenává velké množství detektorů na jiných místech vzorku. Signály detektorů jsou zaznamenávány paralelními moduly TCSPC s „kanálovými“ vstupy pro záznam signálů z různých zdrojových míst a vlnových délek laseru do různých paměťových bloků křivek. Pro zvýšení počtu pozic detektorů lze nastavení rozšířit o router.