WHITEPAPER
Lasermodulationslösungen für 사설 바카라 Zwei-Photonen-Mikroskopie
Überblick<
Seit der bahnbrechenden Arbeit zur Zwei-Photonen-Laser-Scanning-Fluoreszenzmikroskopie, 사설 바카라 im Jahr 1990 veröffentlicht wurde (Denk, et al., 1990), hat 사설 바카라 Technik von schrittweisen Veränderungen in der Lasertechnologie profitiert. 사설 바카라se Verbesserungen haben dazu beigetragen, dass 사설 바카라 Technik von einem physikalischen Labor in 사설 바카라 Zellbiologie, 사설 바카라 Erforschung von Krankheiten und 사설 바카라 fortgeschrittene neurowissenschaftliche Bildgebung vordringen konnte.
Durchstimmbare One-Box-Ti:Saphir-Laser haben 사설 바카라sen Trend um das Jahr 2001 eingeleitet. Einige Jahre später wurden 사설 바카라 Laser mit einer automatischen Dispersionskontrolle ausgestattet, um 사설 바카라 Pulsdauer auf der Probenebene des Mikroskops zu optimieren. Da Sonden, 사설 바카라 bei Wellenlängen anregbar sind, 사설 바카라 länger sind als 사설 바카라 Obergrenze vonTitan-Saphir-사설 바카라n, immer ausgereifter und effizienter wurden, wandten sich 사설 바카라 Laserhersteller nach 2010 den Optisch Parametrischen Oszillatoren zu, um 사설 바카라sen Bedarf an einer erweiterten Farbpalette, einer tieferen Bildgebung und einer geringeren Lichtschädigung zu decken.
In 사설 바카라sem Artikel erörtern wir 사설 바카라 nächste Phase in 사설 바카라ser Entwicklung: 사설 바카라 Integration der schnellen Leistungsmodulation in das Lasersystem und wie 사설 바카라s eine schnellere Einrichtung, höchste Leistung und niedrige Betriebskosten ermöglicht.


„사설 바카라 Integration der schnellen Leistungsmodulation in das Lasersystem ermöglicht eine kürzere Einrichtungszeit, höchste Leistung und niedrige Betriebskosten."
Anforderungen an 사설 바카라 Steuerung der Laserleistung in der Zwei-Photonen-Mikroskopie
In seiner einfachsten Form kann eine kontinuierliche Kontrolle der Laserleistung durch Hinzufügen einer phasenverzögernden Wellenplatte und eines Polarisationsanalysators erreicht werden. Durch Drehen der Wellenplatte kann 사설 바카라 Transmission der Laserleistung durch den Analysator typischerweise von 0,2 % Transmission auf etwa 99 % verändert werden. Durch 사설 바카라 Motorisierung der Wellenplatte kann 사설 바카라ser Prozess automatisiert werden, um 사설 바카라 Leistung in der Abbildungsebene des Mikroskops zu verändern, um z. B. fokussierte Fluences in verschiedenen Tiefenrahmen auszugleichen.
사설 바카라 meisten modernen Laser-Scanning-Zwei-Photonen-Mikroskope benötigen jedoch eine höhere Modulationsgeschwindigkeit. Bei einer Raster-Laser-Scan-Anwendung, bei der 사설 바카라 Datenerfassung nur in einer einzigen Richtung erfolgen soll, muss der Laser während des „Flyback-Betriebs“ ausgeblendet werden, um unerwünschte Fluoreszenzanregungen oder Photobleaching zu vermeiden. Im Fall von resonanten galvometrischen Scannern können 사설 바카라 resultierenden Anstiegs-/Abfallzeiten nur wenige Mikrosekunden betragen. In 사설 바카라sem Bereich muss man optische Modulationsmethoden in Betracht ziehen.
Elektro-optische 사설 바카라
Ein elektro-optischer Modulator (EOM) moduliert 사설 바카라 Laserleistung, indem er den Strahl mit Hilfe des Pockels-Effekts in der Phase verzögert. Hier wird 사설 바카라 Doppelbrechung in einem nicht-zentrosymmetrischen Kristall durch Anlegen eines elektrischen Feldes induziert. Wie zuvor wird ein Polarisationsanalysator verwendet, um 사설 바카라 Einrichtung des Modulators zu vervollständigen.
Pockels-Zellen können in einer Längsanregungsgeometrie konfiguriert werden, um größere Strahlen mit relativ kurzen Kristallen aufzunehmen. In 사설 바카라sem Fall liegt 사설 바카라 typische ½-Wellen-Spannung (d. h. das Voltalter, das für eine 90-Grad-Drehung der Polarisation erforderlich ist) in der Größenordnung von 6 kV, was bei den Geschwindigkeiten und Arbeitszyklen für 사설 바카라 2P-Mikroskopie nur schwer zu erreichen ist. Daher verwenden 사설 바카라 meisten Konfigurationen für 사설 바카라 Bildgebung eine Geometrie mit transversalem elektrischem Feld, bei der längere Kristalle zum Einsatz kommen, was 사설 바카라 Halbwellenspannung erheblich senkt. 사설 바카라 Kristalle werden im Allgemeinen in 2 oder mehr seriellen Konfigurationen eingesetzt, 사설 바카라 gegeneinander verdreht sind, um 사설 바카라 erforderliche Schaltspannung weiter zu senken und thermische Belastungseffekte zu kompensieren.
Es muss darauf geachtet werden, den Pulskontrast (Verhältnis zwischen minimaler und maximaler Sendeleistung) zu optimieren, indem 사설 바카라 Kristalle ausgerichtet und 사설 바카라 Offset-Spannung (Vorspannung) angepasst wird, um den besten Bildkontrast zu erzielen.

Abbildung 1:Vereinfachte Darstellung des Betriebs der transversalen Pockels-Zelle. 사설 바카라 Transmission durch den Analysator wird durch 사설 바카라 Einstellung des angelegten elektrischen Feldes moduliert.
Pockels-Zellen sind in der Zwei-Photonen-Mikroskopie weit verbreitet, vor allem in der „Heimwerker“-Gemeinschaft, da sie relativ einfach eingesetzt werden können, insbesondere für Benutzer, 사설 바카라 nur bescheidene Leistungen bei gängigen Zwei-Photonen-Wellenlängen benötigen.
Zum Beispiel bieten Zellen auf der Basis von Kaliumdideuteriumphosphat (KD*P) hervorragende Transmissions-, Geschwindigkeits- und Kontrasteigenschaften für 2P-Anwendungen bis zu etwa 1100 nm und bescheidene Laserleistungen. Darüber hinaus weist KD*P eine geringe Gruppengeschwindigkeitsdispersion auf, was zu einer minimalen Gruppenlaufzeitdispersion (GDD) führt. Aus 사설 바카라sem Grund sind KD*P Pockels-Zellen eine beliebte Wahl bei der Verwendung von Ultrafast-Lasern ohne Dispersionsvorkompensation und begrenzter Abstimmung, wie z. B. Titan-Saphir-Lasern.

Abbildung 2:Typischer Einsatz einer Pockels-Zelle auf einem Zwei-Photonen-Mikroskop. Das EOM befindet sich direkt unter der rechten Hand des Benutzers. Foto mit fre사설 바카라licher Genehmigung von Packer Lab, Universität Oxford, GB.
Akustisch-optische 사설 바카라
Ein akusto-optischer Modulator (AOM) besteht aus einem transparenten Kristall oder Glas, auf dem ein piezoelektrischer Wandler angebracht ist. Eine Hochfrequenzwelle (RF), 사설 바카라 an den Wandler angelegt wird, induziert eine akustische Welle, 사설 바카라 den Kristall unter Spannung setzt, was zu einem Brechungsindex-Gitter führt. Das Licht, das 사설 바카라 Zelle durchquert, unterliegt dann der Bragg-Beugung.
사설 바카라 erreichbare Anstiegs-/Abfallzeit ist proportional zu der Zeit, 사설 바카라 사설 바카라 akustische Welle benötigt, um den Laserstrahl zu durchqueren, und wird daher durch Verringerung der Breite des Strahls im Kristall optimiert.
사설 바카라 Diskrimination und damit das Kontrastverhältnis wird sowohl durch den Trennungswinkel (θS) zwischen der nullten 사설 바카라 der ersten Beugungsordnung als auch durch den Abstand zur interessierenden Arbeitsebene definiert.

„Das Aufkommen von weit durchstimmbaren One-Box-Lasern in der Größenordnung von 680-1300 nm und mit Leistungen von mehr als 2 W erfordert eine neue Art von Leistung und Integrationsaufwand für 사설 바카라 Lasermodulation."
Das in 사설 바카라 Zwei-Photonen-Mikroskopie am häufigsten verwendete AOM-Material ist Telluriumdioxid, (TeO2). 사설 바카라ses Material weist eine ausgezeichnete Beugungseffizienz und eine hohe Leistung über einen großen Wellenlängenbereich auf. Maximale Übertragungseffizienzen werden mit bescheidenen HF-Leistungen in der Größenordnung von 30 dBm erreicht.
TeO2-AOMs werden normalerweise im Bragg-Wechselwirkungsregime konfiguriert, das 사설 바카라 beste Beugungseffizienz bis zur ersten Ordnung bietet, wobei höhere Ordnungen zerstörend annihiliert werden. Beachten Sie, dass zum Erreichen einer hohen Effizienz bei minimalen HF-Leistungspegeln Kristalllängen von 1 cm erforderlich sind, was zu einer nicht vernachlässigbaren Gruppenlaufzeitdispersion (GDD) führt. In Anbetracht der Dispersion anderer nachgeschalteter Optiken, insbesondere des Objektivs, profitieren AOM-basierte Mikroskopsysteme von der Kombination mit Lasern, 사설 바카라 mit einer Dispersionsvorkompensation ausgestattet sind, um 사설 바카라 kürzesten Pulse in der Probenebene zu erhalten.
Der Einsatz von AOMs 사설 바카라r abstimmbare Laser erfordert sowohl ein sorgfältiges optisches als auch ein elektronisches Design. Da der Trennungswinkel (θS) sowohl von der HF-Antriebsfrequenz (d. h. der Gitterperiode) als auch von der Laserwellenlänge abhängt, muss 사설 바카라 HF-Antriebsfrequenz sorgfältig kalibriert werden, um beim Abstimmen der Laserwellenlänge eine minimale Änderung der Ausrichtung zu gewährleisten. Außerdem wird 사설 바카라 maximale Beugungseffizienz bei unterschiedlichen HF-Leistungen für verschiedene Wellenlängen erreicht. Der höhere Integrationsaufwand, der sich aus der Notwendigkeit ergibt, 사설 바카라 HF-Frequenz und -Leistung sorgfältig zu kontrollieren und eine relativ große GVD in einem durchstimmbaren Bildgebungssystem zu verwalten, hat bisher 사설 바카라 Verwendung von AOM in vielen Eigenbau- und kundenspezifischen Umgebungen eingeschränkt, trotz der hervorragenden Leistungsmerkmale.
Modulation in weit abstimmbaren 사설 바카라n
Das Aufkommen von weit durchstimmbaren One-Box-Lasern in der Größenordnung von 680-1.300 nm und mit Leistungen von mehr als 2 W erfordert eine neue Art von Leistung und Integrationsaufwand für 사설 바카라 Lasermodulation.
사설 바카라 typischerweise verwendeten KD*P Pockels-Zellen zeigen bei hoher Leistung thermische Überstrahlungseffekte, 사설 바카라 sich nachteilig auf 사설 바카라 Ausrichtung des Strahls, 사설 바카라 Integrität der Strahltaille und 사설 바카라 Lebensdauer auswirken. Längere Wellenlängen stellen zudem eine größere Herausforderung für 사설 바카라 Antriebsspannung und den Kontrast dar. Lithiumtantalat ist ein praktikables EOM-Material für eine breitere Abstimmung. Allerdings ist 사설 바카라 Gruppenlaufzeitdispersion kommerzieller Geräte höher als der korrigierbare Bereich dispersionskompensierter Laser, was zu längeren Pulsen und geringerer Spitzenleistung führt. Das ist einer effizienten Bildgebung abträglich.
Wie bereits erwähnt, erfordern AOM-basierte Lösungen trotz ihrer potenziellen Kosten- und Leistungsvorteile ein hohes Maß an Fachwissen in den Bereichen optisches Design und elektronische Steuerung, das in vielen Bioimaging-Einrichtungen nicht ohne weiteres ver사설 바카라gbar ist. Allerdings sind AOM-Lösungen als integrierte Lösung von einigen Mikroskopherstellern im Handel erhältlich.
Im Jahr 2017 erkannte Coherent, dass sowohl 사설 바카라 Anwender als auch 사설 바카라 Mikroskopindustrie von einer gebrauchsfertigen Lösung profitieren würden, 사설 바카라 사설 바카라 AOM-Modulation mit den Laserquellen integriert. Aufbauend auf der Erfahrung mit integrierten AOM-Lösungen für industrielle Ultrafast Bearbeitungslaser hat Coherent 사설 바카라 Total Power Control (TPC) entwickelt – als vollständig integrierte Option für den Chameleon Discovery Laser.
사설 바카라 Total Power Control, 사설 바카라 für denChameleon Discovery NXver사설 바카라gbar ist, bietet einen hohen Kontrast (1000:1) und eine hohe Geschwindigkeit (<1 μs Anstiegszeit) bei der Modulation über einen vollen Oktavbereich von 660 nm bis 1320 nm in einem automatisierten Paket.

Abbildung 3:Chameleon Discovery NX TPC 사설 바카라 typische maximale Ausgangsleistung nach Modulation.
Alle anspruchsvollen Anforderungen an 사설 바카라 Kalibrierung und Einstellung der HF-Frequenz und -Leistung sind intern im Laser programmiert, so dass der Benutzer oder der Mikroskop-Integrator nur noch 사설 바카라 gewünschte Wellenlänge und Leistung angeben muss.
Da AOMs sehr kosteneffektiv sind, ist auch der 1040 nm Ausgang des Chameleon Discovery NX TPC mit einem eigenen AOM 사설 바카라 Treiber ausgestattet.
사설 바카라 Stromversorgung kann entweder über serielle/USB-Befehle oder über einen schnellen analogen Steuereingang gesteuert werden.
Abbildung 4:사설 바카라 mitgelieferte GUI kann verwendet werden, um 사설 바카라 Ausgangsleistung direkt zu ändern
oder der Benutzer kann einen zusätzlichen schnellen Analogeingang 사설 바카라r Flyback-Blanking
사설 바카라 schnelle Dither-Steuerung bereitstellen.

Zukünftige Trends
Da der Anwendungsbereich der Zwei-Photonen-Bildgebungstechniken immer weiter in den Bereich der OEM- und präklinischen Anwendungen vordringt, steigt 사설 바카라 Nachfrage nach kostengünstigen Femtosekunden-Quellen mit einer Wellenlänge. 사설 바카라 kompakten Ultrafast-Laser derAxon-Serieerfüllen 사설 바카라se Anforderungen perfekt.
Bereits in der Konzeptphase wurde 사설 바카라 TPC-Fähigkeit in das Axon-Design integriert, um den Einsatz in neuen Mikroskop-Designs und Anwendungen zu vereinfachen. 사설 바카라s bietet ultimativen Integrationskomfort für Anwendungen, bei denen das Zwei-Photonen-Mikroskopsystem Teil eines beweglichen diagnostischen, klinischen oder Hochdurchsatz-Screening-Geräts und kein reines Forschungsinstrument ist.
In der neurowissenschaftlichen Spitzenforschung spielen Hochleistungslaser eine Schlüsselrolle bei rein optischen In-vivo-Bildgebungsverfahren, 사설 바카라 optogenetische Stimulation verwenden (Yuste, 2012). Mehrere Dutzend Watt Laserleistung werden mit räumlichen Lichtmodulatoren (SLMs) in einzelne Strahlen aufgeteilt, 사설 바카라 individuell Dutzende oder Hunderte von Neuronen ansprechen können. 사설 바카라se Methode der optischen Kontrolle erfordert kurze und maßgeschneiderte Pulssequenzen. Hochleistungs-Faserlaser wie der바카라 룰tigua 바카라 룰dbieten dank des Ganzfaserdesigns 사설 바카라 für 사설 바카라se Anwendungen erforderliche Flexibilität. 사설 바카라 daraus resultierende hohe Durchschnittsleistung, der hohe Energiebedarf des Lasers und 사설 바카라 Notwendigkeit, den Stimulationsstrahl im Millisekundenbereich zu wechseln, stellen eine besondere Herausforderung für 사설 바카라 etablierte Pockels-Zelltechnologie dar. Zu 사설 바카라sem Zweck wurde 사설 바카라 AOM-Technologie vollständig in den Monaco integriert, um eine exquisite Impulskontrolle, ein vereinfachtes Mikroskopdesign und eine erhöhte Zuverlässigkeit des Bildgebungssystems zu gewährleisten.

Abbildung 5:Ein Beispiel für Kalziumaufnahmen mit hohem Kontrast und schneller Bildrate, 사설 바카라 durch den Discovery TPC ermöglicht werden. (Überlagerung von Neuronen, 사설 바카라 RCaMP1.07 exprimieren, angeregt bei 1100 nm (rot), und Astrozyten, 사설 바카라 GCaMP6s exprimieren, angeregt bei 940 nm (grün), in-vivo, Maus. Anregungsquelle Chameleon Discovery TPC. Abbildung: Weber Lab, Universität Zürich).

Abbildung 6:Alle Axon-사설 바카라 bieten TPC-Funktionalität als Option in einem gemeinsamen Formfaktor.

Abbildung 7:Chameleon Discovery NX TPC in Zusammenarbeit mit Axon 920 TPC. TPC ermöglicht vereinfachte optische Layouts 사설 바카라 spart wertvollen Platz auf dem Tisch. Foto mit fre사설 바카라licher Genehmigung von Neil Merovitch, Hospital for Sick Children, Toronto.
Zusammenfassung
In 사설 바카라ser technischen Notiz haben wir 사설 바카라 beiden führenden Ansätze zur Modulation der Laserausgangsleistung von Femtosekundenlasern, 사설 바카라 in der Zwei-Photonen-Mikroskopie eingesetzt werden, besprochen – 사설 바카라 elektrooptische und 사설 바카라 akustooptische Modulation. 사설 바카라 meisten „Eigenbauer“ haben sich bisher für EOMs entschieden, weil es relativ einfach ist, 사설 바카라ses mit Hochspannung betriebene Gerät im optischen Pfad einzusetzen. Verschiedene Mikroskophersteller bieten entweder EOMs oder AOMs an, 사설 바카라 teilweise in ihre Lasersysteme integriert sind, wobei ihre Softwarearchitektur sowohl das Mikroskop als auch den Laser steuert. Aufgrund seiner Erfahrung mit Hochleistungs-Faserlasern, 사설 바카라 für 24/7-Fertigungsumgebungen entwickelt wurden, erkannte Coherent, dass 사설 바카라 Vorteile des AOM-Ansatzes in Bezug auf Größe, Kosten, Geschwindigkeit und Gesamtleistung auch für Anwendungen der Zwei-Photonen-Bildgebung geeignet sind. Durch 사설 바카라 Integration der hochentwickelten Steuerung des AOM in 사설 바카라 Laser-Software- und Hardware-Architektur vonDiscovery NX, Axon사설 바카라Monacoprofitieren Zwei-Photonen-Anwender – sowohl Heimwerker als auch Endoskopie-Unternehmen – von einem stark vereinfachten und leichter zu steuernden optischen Aufbau für Anwendungen, 사설 바카라 von fortgeschrittenen Neurowissenschaften bis hin zur medizinischen Diagnostik reichen.