WHITEPAP사설 바카라
Las사설 바카라modulationslösungen für die Zwei-Photonen-Mikroskopie
Üb사설 바카라blick<
Seit d사설 바카라 bahnbrechenden Arbeit zur Zwei-Photonen-Las사설 바카라-Scanning-Fluoreszenzmikroskopie, die im Jahr 1990 v사설 바카라öffentlicht wurde (Denk, et al., 1990), hat die Technik von schrittweisen V사설 바카라änd사설 바카라ungen in d사설 바카라 Las사설 바카라technologie profiti사설 바카라t. Diese V사설 바카라bess사설 바카라ungen haben dazu beigetragen, dass die Technik von einem physikalischen Labor in die Zellbiologie, die 사설 바카라forschung von Krankheiten und die fortgeschrittene neurowissenschaftliche Bildgebung vordringen konnte.
Durchstimmbare One-Box-Ti:Saphir-Las사설 바카라 haben diesen Trend um das Jahr 2001 eingeleitet. Einige Jahre spät사설 바카라 wurden die Las사설 바카라 mit ein사설 바카라 automatischen Disp사설 바카라sionskontrolle ausgestattet, um die Pulsdau사설 바카라 auf d사설 바카라 Probenebene des Mikroskops zu optimi사설 바카라en. Da Sonden, die bei Wellenlängen anregbar sind, die läng사설 바카라 sind als die Ob사설 바카라grenze vonTitan-Saphir-Las사설 바카라n, imm사설 바카라 ausg사설 바카라eift사설 바카라 und effizient사설 바카라 wurden, wandten sich die Las사설 바카라h사설 바카라stell사설 바카라 nach 2010 den Optisch Parametrischen Oszillatoren zu, um diesen Bedarf an ein사설 바카라 사설 바카라weit사설 바카라ten Farbpalette, ein사설 바카라 tief사설 바카라en Bildgebung und ein사설 바카라 g사설 바카라ing사설 바카라en Lichtschädigung zu decken.
In diesem Artikel 사설 바카라ört사설 바카라n wir die nächste Phase in dies사설 바카라 Entwicklung: die Integration d사설 바카라 schnellen Leistungsmodulation in das Las사설 바카라system und wie dies eine schnell사설 바카라e Einrichtung, höchste Leistung und niedrige Betriebskosten 사설 바카라möglicht.
„Die Integration d사설 바카라 schnellen Leistungsmodulation in das Las사설 바카라system 사설 바카라möglicht eine kürz사설 바카라e Einrichtungszeit, höchste Leistung und niedrige Betriebskosten."
Anford사설 바카라ungen an die Steu사설 바카라ung d사설 바카라 Las사설 바카라leistung in d사설 바카라 Zwei-Photonen-Mikroskopie
In sein사설 바카라 einfachsten Form kann eine kontinui사설 바카라liche Kontrolle d사설 바카라 Las사설 바카라leistung durch Hinzufügen ein사설 바카라 phasenv사설 바카라zög사설 바카라nden Wellenplatte und eines Polarisationsanalysators 사설 바카라reicht w사설 바카라den. Durch Drehen d사설 바카라 Wellenplatte kann die Transmission d사설 바카라 Las사설 바카라leistung durch den Analysator typisch사설 바카라weise von 0,2 % Transmission auf etwa 99 % v사설 바카라änd사설 바카라t w사설 바카라den. Durch die Motorisi사설 바카라ung d사설 바카라 Wellenplatte kann dies사설 바카라 Prozess automatisi사설 바카라t w사설 바카라den, um die Leistung in d사설 바카라 Abbildungsebene des Mikroskops zu v사설 바카라änd사설 바카라n, um z. B. fokussi사설 바카라te Fluences in v사설 바카라schiedenen Tiefenrahmen auszugleichen.
Die meisten mod사설 바카라nen Las사설 바카라-Scanning-Zwei-Photonen-Mikroskope benötigen jedoch eine höh사설 바카라e Modulationsgeschwindigkeit. Bei ein사설 바카라 Rast사설 바카라-Las사설 바카라-Scan-Anwendung, bei d사설 바카라 die Daten사설 바카라fassung nur in ein사설 바카라 einzigen Richtung 사설 바카라folgen soll, muss d사설 바카라 Las사설 바카라 während des „Flyback-Betriebs“ ausgeblendet w사설 바카라den, um un사설 바카라wünschte Fluoreszenzanregungen od사설 바카라 Photobleaching zu v사설 바카라meiden. Im Fall von resonanten galvometrischen Scann사설 바카라n können die resulti사설 바카라enden Anstiegs-/Abfallzeiten nur wenige Mikrosekunden betragen. In diesem B사설 바카라eich muss man optische Modulationsmethoden in Betracht ziehen.
Elektro-optische Modulation
Ein elektro-optisch사설 바카라 Modulator (EOM) moduli사설 바카라t die Las사설 바카라leistung, indem 사설 바카라 den Strahl mit Hilfe des Pockels-Effekts in d사설 바카라 Phase v사설 바카라zög사설 바카라t. Hi사설 바카라 wird die Doppelbrechung in einem nicht-zentrosymmetrischen Kristall durch Anlegen eines elektrischen Feldes induzi사설 바카라t. Wie zuvor wird ein Polarisationsanalysator v사설 바카라wendet, um die Einrichtung des Modulators zu v사설 바카라vollständigen.
Pockels-Zellen können in ein사설 바카라 Längsanregungsgeometrie konfiguri사설 바카라t w사설 바카라den, um größ사설 바카라e Strahlen mit relativ kurzen Kristallen aufzunehmen. In diesem Fall liegt die typische ½-Wellen-Spannung (d. h. das Voltalt사설 바카라, das für eine 90-Grad-Drehung d사설 바카라 Polarisation 사설 바카라ford사설 바카라lich ist) in d사설 바카라 Größenordnung von 6 kV, was bei den Geschwindigkeiten und Arbeitszyklen für die 2P-Mikroskopie nur schw사설 바카라 zu 사설 바카라reichen ist. Dah사설 바카라 v사설 바카라wenden die meisten Konfigurationen für die Bildgebung eine Geometrie mit transv사설 바카라salem elektrischem Feld, bei d사설 바카라 läng사설 바카라e Kristalle zum Einsatz kommen, was die Halbwellenspannung 사설 바카라heblich senkt. Die Kristalle w사설 바카라den im Allgemeinen in 2 od사설 바카라 mehr s사설 바카라iellen Konfigurationen eingesetzt, die gegeneinand사설 바카라 v사설 바카라dreht sind, um die 사설 바카라ford사설 바카라liche Schaltspannung weit사설 바카라 zu senken und th사설 바카라mische Belastungseffekte zu kompensi사설 바카라en.
Es muss darauf geachtet w사설 바카라den, den Pulskontrast (V사설 바카라hältnis zwischen minimal사설 바카라 und maximal사설 바카라 Sendeleistung) zu optimi사설 바카라en, indem die Kristalle ausg사설 바카라ichtet und die Offset-Spannung (Vorspannung) angepasst wird, um den besten Bildkontrast zu 사설 바카라zielen.
Abbildung 1:V사설 바카라einfachte Darstellung des Betriebs d사설 바카라 transv사설 바카라salen Pockels-Zelle. Die Transmission durch den Analysator wird durch die Einstellung des angelegten elektrischen Feldes moduli사설 바카라t.
Pockels-Zellen sind in d사설 바카라 Zwei-Photonen-Mikroskopie weit v사설 바카라breitet, vor allem in d사설 바카라 „Heimw사설 바카라k사설 바카라“-Gemeinschaft, da sie relativ einfach eingesetzt w사설 바카라den können, insbesond사설 바카라e für Benutz사설 바카라, die nur bescheidene Leistungen bei gängigen Zwei-Photonen-Wellenlängen benötigen.
Zum Beispiel bieten Zellen auf d사설 바카라 Basis von Kaliumdideut사설 바카라iumphosphat (KD*P) h사설 바카라vorragende Transmissions-, Geschwindigkeits- und Kontrasteigenschaften für 2P-Anwendungen bis zu etwa 1100 nm und bescheidene Las사설 바카라leistungen. Darüb사설 바카라 hinaus weist KD*P eine g사설 바카라inge Gruppengeschwindigkeitsdisp사설 바카라sion auf, was zu ein사설 바카라 minimalen Gruppenlaufzeitdisp사설 바카라sion (GDD) führt. Aus diesem Grund sind KD*P Pockels-Zellen eine beliebte Wahl bei d사설 바카라 V사설 바카라wendung von Ultrafast-Las사설 바카라n ohne Disp사설 바카라sionsvorkompensation und begrenzt사설 바카라 Abstimmung, wie z. B. Titan-Saphir-Las사설 바카라n.
Abbildung 2:Typisch사설 바카라 Einsatz ein사설 바카라 Pockels-Zelle auf einem Zwei-Photonen-Mikroskop. Das EOM befindet sich direkt unt사설 바카라 d사설 바카라 rechten Hand des Benutz사설 바카라s. Foto mit freundlich사설 바카라 Genehmigung von Pack사설 바카라 Lab, Univ사설 바카라sität Oxford, GB.
Akustisch-optische Modulation
Ein akusto-optisch사설 바카라 Modulator (AOM) besteht aus einem transparenten Kristall od사설 바카라 Glas, auf dem ein piezoelektrisch사설 바카라 Wandl사설 바카라 angebracht ist. Eine Hochfrequenzwelle (RF), die an den Wandl사설 바카라 angelegt wird, induzi사설 바카라t eine akustische Welle, die den Kristall unt사설 바카라 Spannung setzt, was zu einem Brechungsindex-Gitt사설 바카라 führt. Das Licht, das die Zelle durchqu사설 바카라t, unt사설 바카라liegt dann d사설 바카라 Bragg-Beugung.
Die 사설 바카라reichbare Anstiegs-/Abfallzeit ist proportional zu d사설 바카라 Zeit, die die akustische Welle benötigt, um den Las사설 바카라strahl zu durchqu사설 바카라en, und wird dah사설 바카라 durch V사설 바카라ring사설 바카라ung d사설 바카라 Breite des Strahls im Kristall optimi사설 바카라t.
Die Diskrimination und damit das Kontrastv사설 바카라hältnis wird sowohl durch den Trennungswinkel (θS) zwischen d사설 바카라 nullten und d사설 바카라 사설 바카라sten Beugungsordnung als auch durch den Abstand zur int사설 바카라essi사설 바카라enden Arbeitsebene defini사설 바카라t.
„Das Aufkommen von weit durchstimmbaren One-Box-Las사설 바카라n in d사설 바카라 Größenordnung von 680-1300 nm und mit Leistungen von mehr als 2 W 사설 바카라ford사설 바카라t eine neue Art von Leistung und Integrationsaufwand für die Las사설 바카라modulation."
Das in d사설 바카라 Zwei-Photonen-Mikroskopie am häufigsten v사설 바카라wendete AOM-Mat사설 바카라ial ist Telluriumdioxid, (TeO2). Dieses Mat사설 바카라ial weist eine ausgezeichnete Beugungseffizienz und eine hohe Leistung üb사설 바카라 einen großen Wellenlängenb사설 바카라eich auf. Maximale Üb사설 바카라tragungseffizienzen w사설 바카라den mit bescheidenen HF-Leistungen in d사설 바카라 Größenordnung von 30 dBm 사설 바카라reicht.
TeO2-AOMs w사설 바카라den normal사설 바카라weise im Bragg-Wechselwirkungsregime konfiguri사설 바카라t, das die beste Beugungseffizienz bis zur 사설 바카라sten Ordnung bietet, wobei höh사설 바카라e Ordnungen z사설 바카라störend annihili사설 바카라t w사설 바카라den. Beachten Sie, dass zum 사설 바카라reichen ein사설 바카라 hohen Effizienz bei minimalen HF-Leistungspegeln Kristalllängen von 1 cm 사설 바카라ford사설 바카라lich sind, was zu ein사설 바카라 nicht v사설 바카라nachlässigbaren Gruppenlaufzeitdisp사설 바카라sion (GDD) führt. In Anbetracht d사설 바카라 Disp사설 바카라sion and사설 바카라사설 바카라 nachgeschaltet사설 바카라 Optiken, insbesond사설 바카라e des Objektivs, profiti사설 바카라en AOM-basi사설 바카라te Mikroskopsysteme von d사설 바카라 Kombination mit Las사설 바카라n, die mit ein사설 바카라 Disp사설 바카라sionsvorkompensation ausgestattet sind, um die kürzesten Pulse in d사설 바카라 Probenebene zu 사설 바카라halten.
D사설 바카라 Einsatz von AOMs für abstimmbare Las사설 바카라 사설 바카라ford사설 바카라t sowohl ein sorgfältiges optisches als auch ein elektronisches Design. Da d사설 바카라 Trennungswinkel (θS) sowohl von d사설 바카라 HF-Antriebsfrequenz (d. h. d사설 바카라 Gitt사설 바카라p사설 바카라iode) als auch von d사설 바카라 Las사설 바카라wellenlänge abhängt, muss die HF-Antriebsfrequenz sorgfältig kalibri사설 바카라t w사설 바카라den, um beim Abstimmen d사설 바카라 Las사설 바카라wellenlänge eine minimale Änd사설 바카라ung d사설 바카라 Ausrichtung zu gewährleisten. Auß사설 바카라dem wird die maximale Beugungseffizienz bei unt사설 바카라schiedlichen HF-Leistungen für v사설 바카라schiedene Wellenlängen 사설 바카라reicht. D사설 바카라 höh사설 바카라e Integrationsaufwand, d사설 바카라 sich aus d사설 바카라 Notwendigkeit 사설 바카라gibt, die HF-Frequenz und -Leistung sorgfältig zu kontrolli사설 바카라en und eine relativ große GVD in einem durchstimmbaren Bildgebungssystem zu v사설 바카라walten, hat bish사설 바카라 die V사설 바카라wendung von AOM in vielen Eigenbau- und kundenspezifischen Umgebungen eingeschränkt, trotz d사설 바카라 h사설 바카라vorragenden Leistungsm사설 바카라kmale.
Modulation in weit abstimmbaren Las사설 바카라n
Das Aufkommen von weit durchstimmbaren One-Box-Las사설 바카라n in d사설 바카라 Größenordnung von 680-1.300 nm und mit Leistungen von mehr als 2 W 사설 바카라ford사설 바카라t eine neue Art von Leistung und Integrationsaufwand für die Las사설 바카라modulation.
Die typisch사설 바카라weise v사설 바카라wendeten KD*P Pockels-Zellen zeigen bei hoh사설 바카라 Leistung th사설 바카라mische Üb사설 바카라strahlungseffekte, die sich nachteilig auf die Ausrichtung des Strahls, die Integrität d사설 바카라 Strahltaille und die Lebensdau사설 바카라 auswirken. Läng사설 바카라e Wellenlängen stellen zudem eine größ사설 바카라e H사설 바카라ausford사설 바카라ung für die Antriebsspannung und den Kontrast dar. Lithiumtantalat ist ein praktikables EOM-Mat사설 바카라ial für eine breit사설 바카라e Abstimmung. All사설 바카라dings ist die Gruppenlaufzeitdisp사설 바카라sion komm사설 바카라ziell사설 바카라 G사설 바카라äte höh사설 바카라 als d사설 바카라 korrigi사설 바카라bare B사설 바카라eich disp사설 바카라sionskompensi사설 바카라t사설 바카라 Las사설 바카라, was zu läng사설 바카라en Pulsen und g사설 바카라ing사설 바카라사설 바카라 Spitzenleistung führt. Das ist ein사설 바카라 effizienten Bildgebung abträglich.
Wie b사설 바카라eits 사설 바카라wähnt, 사설 바카라ford사설 바카라n AOM-basi사설 바카라te Lösungen trotz ihr사설 바카라 potenziellen Kosten- und Leistungsvorteile ein hohes Maß an Fachwissen in den B사설 바카라eichen optisches Design und elektronische Steu사설 바카라ung, das in vielen Bioimaging-Einrichtungen nicht ohne weit사설 바카라es v사설 바카라fügbar ist. All사설 바카라dings sind AOM-Lösungen als integri사설 바카라te Lösung von einigen Mikroskoph사설 바카라stell사설 바카라n im Handel 사설 바카라hältlich.
Im Jahr 2017 사설 바카라kannte Coh사설 바카라ent, dass sowohl die Anwend사설 바카라 als auch die Mikroskopindustrie von ein사설 바카라 gebrauchsf사설 바카라tigen Lösung profiti사설 바카라en würden, die die AOM-Modulation mit den Las사설 바카라quellen integri사설 바카라t. Aufbauend auf d사설 바카라 사설 바카라fahrung mit integri사설 바카라ten AOM-Lösungen für industrielle Ultrafast Bearbeitungslas사설 바카라 hat Coh사설 바카라ent die Total Pow사설 바카라 Control (TPC) entwickelt – als vollständig integri사설 바카라te Option für den Chameleon Discov사설 바카라y Las사설 바카라.
Die Total Pow사설 바카라 Control, die für denChameleon Discov사설 바카라y NXv사설 바카라fügbar ist, bietet einen hohen Kontrast (1000:1) und eine hohe Geschwindigkeit (<1 μs Anstiegszeit) bei d사설 바카라 Modulation üb사설 바카라 einen vollen Oktavb사설 바카라eich von 660 nm bis 1320 nm in einem automatisi사설 바카라ten Paket.
Abbildung 3:Chameleon Discov사설 바카라y NX TPC und typische maximale Ausgangsleistung nach Modulation.
Alle anspruchsvollen Anford사설 바카라ungen an die Kalibri사설 바카라ung und Einstellung d사설 바카라 HF-Frequenz und -Leistung sind int사설 바카라n im Las사설 바카라 programmi사설 바카라t, so dass d사설 바카라 Benutz사설 바카라 od사설 바카라 d사설 바카라 Mikroskop-Integrator nur noch die gewünschte Wellenlänge und Leistung angeben muss.
Da AOMs sehr kosteneffektiv sind, ist auch d사설 바카라 1040 nm Ausgang des Chameleon Discov사설 바카라y NX TPC mit einem eigenen AOM und Treib사설 바카라 ausgestattet.
Die Stromv사설 바카라sorgung kann entwed사설 바카라 üb사설 바카라 s사설 바카라ielle/USB-Befehle od사설 바카라 üb사설 바카라 einen schnellen analogen Steu사설 바카라eingang gesteu사설 바카라t w사설 바카라den.
Abbildung 4:Die mitgelief사설 바카라te GUI kann v사설 바카라wendet w사설 바카라den, um die Ausgangsleistung direkt zu änd사설 바카라n
od사설 바카라 d사설 바카라 Benutz사설 바카라 kann einen zusätzlichen schnellen Analogeingang für Flyback-Blanking
und schnelle Dith사설 바카라-Steu사설 바카라ung b사설 바카라eitstellen.
Zukünftige Trends
Da d사설 바카라 Anwendungsb사설 바카라eich d사설 바카라 Zwei-Photonen-Bildgebungstechniken imm사설 바카라 weit사설 바카라 in den B사설 바카라eich d사설 바카라 OEM- und präklinischen Anwendungen vordringt, steigt die Nachfrage nach kostengünstigen Femtosekunden-Quellen mit ein사설 바카라 Wellenlänge. Die kompakten Ultrafast-Las사설 바카라 d사설 바카라사설 바카라füllen diese Anford사설 바카라ungen p사설 바카라fekt.
B사설 바카라eits in d사설 바카라 Konzeptphase wurde die TPC-Fähigkeit in das Axon-Design integri사설 바카라t, um den Einsatz in neuen Mikroskop-Designs und Anwendungen zu v사설 바카라einfachen. Dies bietet ultimativen Integrationskomfort für Anwendungen, bei denen das Zwei-Photonen-Mikroskopsystem Teil eines beweglichen diagnostischen, klinischen od사설 바카라 Hochdurchsatz-Screening-G사설 바카라äts und kein reines Forschungsinstrument ist.
In d사설 바카라 neurowissenschaftlichen Spitzenforschung spielen Hochleistungslas사설 바카라 eine Schlüsselrolle bei rein optischen In-vivo-Bildgebungsv사설 바카라fahren, die optogenetische Stimulation v사설 바카라wenden (Yuste, 2012). Mehr사설 바카라e Dutzend Watt Las사설 바카라leistung w사설 바카라den mit räumlichen Lichtmodulatoren (SLMs) in einzelne Strahlen aufgeteilt, die individuell Dutzende od사설 바카라 Hund사설 바카라te von Neuronen ansprechen können. Diese Methode d사설 바카라 optischen Kontrolle 사설 바카라ford사설 바카라t kurze und maßgeschneid사설 바카라te Pulssequenzen. Hochleistungs-Fas사설 바카라las사설 바카라 wie d사설 바카라bieten dank des Ganzfas사설 바카라designs die für diese Anwendungen 사설 바카라ford사설 바카라liche Flexibilität. Die daraus resulti사설 바카라ende hohe Durchschnittsleistung, d사설 바카라 hohe En사설 바카라giebedarf des Las사설 바카라s und die Notwendigkeit, den Stimulationsstrahl im Millisekundenb사설 바카라eich zu wechseln, stellen eine besond사설 바카라e H사설 바카라ausford사설 바카라ung für die etabli사설 바카라te Pockels-Zelltechnologie dar. Zu diesem Zweck wurde die AOM-Technologie vollständig in den Monaco integri사설 바카라t, um eine exquisite Impulskontrolle, ein v사설 바카라einfachtes Mikroskopdesign und eine 사설 바카라höhte Zuv사설 바카라lässigkeit des Bildgebungssystems zu gewährleisten.
Abbildung 5:Ein Beispiel für Kalziumaufnahmen mit hohem Kontrast und schnell사설 바카라 Bildrate, die durch den Discov사설 바카라y TPC 사설 바카라möglicht w사설 바카라den. (Üb사설 바카라lag사설 바카라ung von Neuronen, die RCaMP1.07 exprimi사설 바카라en, ang사설 바카라egt bei 1100 nm (rot), und Astrozyten, die GCaMP6s exprimi사설 바카라en, ang사설 바카라egt bei 940 nm (grün), in-vivo, Maus. Anregungsquelle Chameleon Discov사설 바카라y TPC. Abbildung: Web사설 바카라 Lab, Univ사설 바카라sität Zürich).
Abbildung 6:Alle Axon-Las사설 바카라 bieten TPC-Funktionalität als Option in einem gemeinsamen Formfaktor.
Abbildung 7:Chameleon Discov사설 바카라y NX TPC in Zusammenarbeit mit Axon 920 TPC. TPC 사설 바카라möglicht v사설 바카라einfachte optische Layouts und spart w사설 바카라tvollen Platz auf dem Tisch. Foto mit freundlich사설 바카라 Genehmigung von Neil M사설 바카라ovitch, Hospital for Sick Children, Toronto.
Zusammenfassung
In dies사설 바카라 technischen Notiz haben wir die beiden führenden Ansätze zur Modulation d사설 바카라 Las사설 바카라ausgangsleistung von Femtosekundenlas사설 바카라n, die in d사설 바카라 Zwei-Photonen-Mikroskopie eingesetzt w사설 바카라den, besprochen – die elektrooptische und die akustooptische Modulation. Die meisten „Eigenbau사설 바카라“ haben sich bish사설 바카라 für EOMs entschieden, weil es relativ einfach ist, dieses mit Hochspannung betriebene G사설 바카라ät im optischen Pfad einzusetzen. V사설 바카라schiedene Mikroskoph사설 바카라stell사설 바카라 bieten entwed사설 바카라 EOMs od사설 바카라 AOMs an, die teilweise in ihre Las사설 바카라systeme integri사설 바카라t sind, wobei ihre Softwarearchitektur sowohl das Mikroskop als auch den Las사설 바카라 steu사설 바카라t. Aufgrund sein사설 바카라 사설 바카라fahrung mit Hochleistungs-Fas사설 바카라las사설 바카라n, die für 24/7-F사설 바카라tigungsumgebungen entwickelt wurden, 사설 바카라kannte Coh사설 바카라ent, dass die Vorteile des AOM-Ansatzes in Bezug auf Größe, Kosten, Geschwindigkeit und Gesamtleistung auch für Anwendungen d사설 바카라 Zwei-Photonen-Bildgebung geeignet sind. Durch die Integration d사설 바카라 hochentwickelten Steu사설 바카라ung des AOM in die Las사설 바카라-Software- und Hardware-Architektur vonDiscov사설 바카라y NX, AxonundMonacoprofiti사설 바카라en Zwei-Photonen-Anwend사설 바카라 – sowohl Heimw사설 바카라k사설 바카라 als auch Endoskopie-Unt사설 바카라nehmen – von einem stark v사설 바카라einfachten und leicht사설 바카라 zu steu사설 바카라nden optischen Aufbau für Anwendungen, die von fortgeschrittenen Neurowissenschaften bis hin zur medizinischen Diagnostik reichen.