專利名稱：可調(diào)多激光脈沖掃描顯微鏡和操作該顯微鏡的方法
可調(diào)多激光脈沖掃描顯微鏡和操作該顯微鏡的方法背景技術(shù)
應(yīng)用脈沖激光光束的顯微鏡在本領(lǐng)域是已知的，特別地是使用兩個(gè)或多個(gè)不同波 長(zhǎng)的脈沖激光光束的共焦顯微鏡。這兩個(gè)或多個(gè)激光脈沖被臨時(shí)地空間同步化，但波長(zhǎng)不 同?；谔囟愋偷娘@微鏡，激光脈沖或者同時(shí)地到達(dá)待測(cè)樣本上的特定掃描點(diǎn)，或者不同 波長(zhǎng)的激光脈沖之間間隔特定的時(shí)間延遲到達(dá)該特定掃描點(diǎn)。應(yīng)用兩個(gè)不同激光脈沖的 顯微鏡比如為相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)顯微鏡，受激拉曼散射(SRS)顯微鏡，拉曼 感應(yīng)科爾效應(yīng)散射(RIKES)顯微鏡，和頻振蕩(SFG)顯微鏡以及受激發(fā)射損耗(STED)顯微 鏡。應(yīng)用三個(gè)不同的波長(zhǎng)以明顯的預(yù)定義的時(shí)間延遲或相重疊地照射樣本的顯微鏡比如為 非退化反斯托克斯拉曼散射(CARS)顯微鏡。
對(duì)于這些類型的顯微鏡的不同的應(yīng)用，期望的是從一個(gè)或多個(gè)不同波長(zhǎng)的激光脈 沖中選出透射的波長(zhǎng)。已知有使用聲光可調(diào)濾波器(AOTF)來選擇波長(zhǎng)。將射頻應(yīng)用至透 射特定波長(zhǎng)的激光脈沖的AOTF晶體，通過改變射頻，僅有與該特定、改變的射頻相關(guān)的特 定波長(zhǎng)的激光被晶體透射。
AOTFs的一個(gè)特性是通過AOTF的不同中心波長(zhǎng)的激光脈沖將經(jīng)歷不同的時(shí)間延 遲，即這些光以不同的速度通過A0TF。換句話說，不同波長(zhǎng)的兩個(gè)激光脈沖具有不同的有效 折射率，因而在不同的時(shí)間離開A0TF。“離散(walk-off)”的時(shí)間量基于兩個(gè)激光光束的波 長(zhǎng)差。對(duì)于上述的顯微鏡，兩個(gè)或多個(gè)脈沖激光光束需要以給定的時(shí)間延遲或時(shí)間重疊到 達(dá)樣本，以生成強(qiáng)的信號(hào)。該時(shí)間延遲可以是零或者非零，但對(duì)于每一特定應(yīng)用該值都是特 定的。波長(zhǎng)差在幾納米至幾百納米的范圍之間。調(diào)節(jié)至少一個(gè)波長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致脈沖之間時(shí)間延 遲發(fā)生變化，因而如果所引起的時(shí)間延遲非最佳，則會(huì)導(dǎo)致非最佳的成像。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供可調(diào)多激光脈沖掃描顯微鏡，其允許調(diào)節(jié)至少一個(gè)激光脈沖 的波長(zhǎng)，且允許調(diào)節(jié)不同波長(zhǎng)的兩個(gè)激光脈沖之間的特定時(shí)間延遲。該時(shí)間延遲可為零或非零。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用于操作上述可調(diào)多激光脈沖掃描顯微鏡的方法， 從而調(diào)節(jié)至少一個(gè)激光脈沖的波長(zhǎng)，且將兩個(gè)激光脈沖之間的時(shí)間延遲調(diào)節(jié)至一特定值。 基于特定類型的顯微鏡和應(yīng)用，該時(shí)間延遲可為零或非零。
根據(jù)本發(fā)明，借由一可調(diào)多激光脈沖掃描顯微鏡來實(shí)現(xiàn)上述目的，其使用兩個(gè)不 同波長(zhǎng)的脈沖激光光束以同時(shí)或以特定的時(shí)間延遲來照射待測(cè)樣本上的掃描點(diǎn)，該顯微鏡 包括提供第一不同波長(zhǎng)的第一激光脈沖的第一脈沖激光光源；提供第二不同波長(zhǎng)的第二 激光脈沖的第二脈沖激光光源；聲光可調(diào)濾波器(A0TF)，用于調(diào)節(jié)第一和第二激光脈沖中 的至少一個(gè)；在聲光可調(diào)濾波器上游的延遲臺(tái)，用于延遲第一和第二激光脈沖中的至少一 個(gè)；在聲光可調(diào)濾波器下游探測(cè)第一和第二激光脈沖之間的時(shí)間延遲的延遲探測(cè)器；致動(dòng) 器，用于基于延遲探測(cè)器所探測(cè)的時(shí)間延遲來移動(dòng)延遲臺(tái)。
根據(jù)用于操作本發(fā)明的顯微鏡的本發(fā)明的第一方法，該方法包括打開第一和第二脈沖激光光源；將第一和第二激光脈沖中之一的波長(zhǎng)調(diào)節(jié)至期望的波長(zhǎng)；使用延遲探測(cè) 器探測(cè)第一和第二激光脈沖之間的時(shí)間延遲并生成表示該時(shí)間延遲的延遲信號(hào)；處理該延 遲信號(hào)以生成用于移動(dòng)延遲臺(tái)的控制信號(hào)；根據(jù)控制信號(hào)移動(dòng)延遲臺(tái)；以及對(duì)樣本進(jìn)行成像。
可以理解，本發(fā)明并不僅限于兩個(gè)不同波長(zhǎng)的脈沖，還可應(yīng)用于三個(gè)或更多的波 長(zhǎng)。應(yīng)用三個(gè)不同的波長(zhǎng)以明顯的預(yù)定義的時(shí)間延遲照射樣本的顯微鏡比如為非退化相干 反斯托克斯拉曼散射(CARS)顯微鏡。為此，顯微鏡可包含兩個(gè)延遲臺(tái)和三個(gè)激光光源。這 三個(gè)激光光源并不必然需要有三個(gè)不同的激光器，也可由一個(gè)或兩個(gè)激光器結(jié)合一個(gè)或多 個(gè)將發(fā)射的激光分離成閑頻信號(hào)和信號(hào)波長(zhǎng)的光學(xué)參量振蕩器來制造這三個(gè)激光光源。根 據(jù)本發(fā)明，用于操作包含有三個(gè)不同波長(zhǎng)的激光脈沖的顯微鏡的方法包括打開第一和第二 脈沖激光光源并關(guān)閉第三脈沖激光光源；將第二激光脈沖的波長(zhǎng)調(diào)節(jié)至期望的波長(zhǎng)；使用 延遲探測(cè)器探測(cè)第一和第二激光脈沖之間的時(shí)間延遲并生成表示該時(shí)間延遲的第一延遲 信號(hào)；處理該第一延遲信號(hào)以生成用于移動(dòng)第一延遲臺(tái)的第一控制信號(hào)；根據(jù)第一控制信 號(hào)移動(dòng)第一延遲臺(tái)；打開第一和第三脈沖激光光源并關(guān)閉第二脈沖激光光源；將第三激光 脈沖的波長(zhǎng)調(diào)節(jié)至期望的波長(zhǎng)；使用延遲探測(cè)器探測(cè)第一和第三激光脈沖之間的時(shí)間延遲 并生成表示該時(shí)間延遲的第二延遲信號(hào)；處理該第二延遲信號(hào)以生成用于移動(dòng)第二延遲臺(tái) 的第二控制信號(hào)；根據(jù)第二控制信號(hào)移動(dòng)第二延遲臺(tái)；以及打開第一、第二和第三脈沖激 光光源以對(duì)樣本進(jìn)行成像。
該方法可類推至四個(gè)或更多不同波長(zhǎng)的激光脈沖，例如，在第一步驟中，打開激光 光源I和2、關(guān)閉激光光源3和4，隨后打開激光光源I和3、關(guān)閉激光光源2和4，此后再打 開激光光源I和4、關(guān)閉激光光源2和3。如果使用TPA探測(cè)器測(cè)量激光脈沖之間的時(shí)間延 遲，則僅需要一個(gè)TPA探測(cè)器，其可探測(cè)上述連續(xù)步驟中第一激光光源和其它激光光源之 間的各個(gè)時(shí)間延遲。在所有延遲臺(tái)的位置被設(shè)定后再進(jìn)行成像，在具有4個(gè)激光光源的該 例中，是在3個(gè)延遲臺(tái)的位置被設(shè)定后再進(jìn)行成像。
調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)延遲臺(tái)的位置的最簡(jiǎn)單的方法是在監(jiān)視顯微樣本的成像質(zhì)量時(shí) 手動(dòng)地移動(dòng)該臺(tái)。然而，通過測(cè)量脈沖之間的延遲并根據(jù)可從查詢表讀取的位置來調(diào)節(jié)延 遲臺(tái)的位置，可獲得更好的性能。該表包含相關(guān)參數(shù)，例如，調(diào)節(jié)脈沖的波長(zhǎng)，應(yīng)用的顯微鏡 類型以及AOTF的特性?？蛇x地，對(duì)一組特定的波長(zhǎng)執(zhí)行測(cè)量，對(duì)其它波長(zhǎng)則是計(jì)算并調(diào)節(jié) 其特征延遲。
另外，延遲臺(tái)可以是機(jī)動(dòng)的，且可提供控制以基于延遲探測(cè)器所探測(cè)的時(shí)間延遲 對(duì)機(jī)動(dòng)的延遲臺(tái)進(jìn)行控制?？刂茊卧邮諄碜訲PA探測(cè)器的延遲信號(hào)并生成用于移動(dòng)延遲 臺(tái)的控制信號(hào)，其引起了被TPA探測(cè)器再次探測(cè)的另一時(shí)間延遲，而該時(shí)間延遲則再次使 得控制單元生成控制信號(hào)，該控制信號(hào)被傳輸至延遲臺(tái)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，因而通過測(cè)量此時(shí)再 次調(diào)節(jié)的時(shí)間延遲引起了另一反饋，等等，因此甚至實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制?？刂茊卧梢允且粋€(gè) 簡(jiǎn)單的CPU或商用個(gè)人電腦PC。除了 TPA探測(cè)器的其它探測(cè)器也是可用的，但TPA探測(cè)器 對(duì)超速激光應(yīng)用是特別合適的，其性價(jià)比高且耐用，特別是設(shè)計(jì)作為基于LED的TPA探測(cè) 器。
通過在聲光可調(diào)濾波器下游的、且提取部分光束至延遲探測(cè)器的分束器向TPA探 測(cè)器提供激光脈沖的選出的樣本。優(yōu)選地，該分束器從聲光可調(diào)濾波器的下游轉(zhuǎn)移第一和第二激光脈沖約5%的光強(qiáng)至延遲探測(cè)器，并允許95%的光強(qiáng)入射至樣本用于對(duì)其進(jìn)行成像。為恰當(dāng)?shù)靥綔y(cè)激光脈沖之間的時(shí)間延遲，提取的5%的光強(qiáng)量即是充足的，但提取出1% 至10%之間的任一光強(qiáng)量皆可行，S卩，雖然較低百分比的光強(qiáng)即已足夠，但同樣接受并可使用較高的光強(qiáng)。
第一脈沖激光光源包括第一激光器,第二脈沖激光光源包括第二激光。優(yōu)選地,這些激光光源被設(shè)計(jì)為發(fā)射預(yù)啁啾激光光束。可選地，第一和第二脈沖激光光源可包括一泵浦激光，其結(jié)合一光學(xué)參量振蕩器以將泵浦激光轉(zhuǎn)換成不同波長(zhǎng)的第一和第二激光脈沖。 鑒于僅需一臺(tái)激光器、節(jié)省了用于第二激光的成本且將失敗的風(fēng)險(xiǎn)降低至一臺(tái)激光器，因而后者特別地耐用且性價(jià)比高。
根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，第一二向色裝置是在延遲臺(tái)的上游空間地分離第一和第二激光脈沖；第二二向色裝置是在延遲臺(tái)的下游再次合并第一和第二激光脈沖。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，僅由一種類型的激光脈沖，例如第一激光脈沖被AOTF透射且調(diào)節(jié)，而另一激光脈沖，例如第二激光脈沖整個(gè)繞過AOTF并在AOTF的下游與第一激光脈沖再次空間地合并。 因而，聲光可調(diào)濾波器是單通道聲光可調(diào)濾波器，第一和第二激光脈沖中僅有一個(gè)透射穿過該聲光可調(diào)濾波器。可選地，聲光可調(diào)濾波器是多通道聲光可調(diào)濾波器，第一和第二激光脈沖皆可透射穿過該聲光可調(diào)濾波器。
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的可調(diào)多激光脈沖掃描顯微鏡是共焦顯微鏡，但本發(fā)明同樣適用于其他類型的顯微鏡，例如線掃描顯微鏡。特別地對(duì)于共焦顯微鏡，優(yōu)選地應(yīng)用形式為相干反斯托克斯拉 曼散射(CARS)顯微鏡，受激拉曼散射(SRS)顯微鏡，拉曼感應(yīng)科爾效應(yīng)散射(RIKES)顯微鏡，和頻振蕩(SFG)顯微鏡以及受激發(fā)射損耗(STED)顯微鏡。


圖1示意性地示出本發(fā)明的第一實(shí)施例，其中手動(dòng)地調(diào)節(jié)延遲臺(tái)。
圖2示意性地示出本發(fā)明的第二實(shí)施例，其中受控地調(diào)節(jié)延遲臺(tái)。
圖3示意性地示出本發(fā)明的第三實(shí)施例，其中受控地調(diào)節(jié)延遲臺(tái)，且僅包含一個(gè)具有兩個(gè)輸出波長(zhǎng)的激光光源。
圖4示意性地示出本發(fā)明的第四實(shí)施例，其中手動(dòng)地調(diào)節(jié)延遲臺(tái)，且僅有一個(gè)波長(zhǎng)被AOTF透射且調(diào)節(jié)。
具體實(shí)施方式
圖1示出本發(fā)明第一實(shí)施例的基本設(shè)計(jì)。該實(shí)施例包括第一激光器I和第二激光器2。兩個(gè)激光器優(yōu)選地皆為脈沖激光器，但同樣可以采用連續(xù)激光器，其合并脈沖發(fā)生器以將連續(xù)激光轉(zhuǎn)換成脈沖激光。第一激光器I發(fā)射的激光具有第一波長(zhǎng)，第二激光器2發(fā)射的激光具有與第一波長(zhǎng)不同的第二波長(zhǎng)。第一激光器發(fā)射的激光的光路由附圖標(biāo)記3 7]\ 出，第二激光器發(fā)射的激光的光路由附圖標(biāo)記4示出。光路3和4可與A0TF8的光軸7 — 致，或可如圖1所示偏離光軸7并被平面鏡5和6反射以在進(jìn)入所述AOTF之前與光軸7 — 致。在該實(shí)施例中，AOTF被設(shè)計(jì)為多通道A0TF，其透射來自第一激光器I和第二激光器2 的激光。第二激光器2發(fā)射的激光脈沖在AOTF的輸入側(cè)由附圖標(biāo)記9示出，在AOTF的輸出側(cè)由附圖標(biāo)記10示出，且輸入和輸出都發(fā)生在AOTF的光軸7上。
并行地，第一激光器沿光路3發(fā)出激光脈沖，被平面鏡11反射至可如箭頭13所示前后移動(dòng)的延遲臺(tái)12。延遲臺(tái)12包括反射元件14，在該實(shí)施例中其包含彼此之間成90度的兩個(gè)反射表面15和16。這使得入射在表面15上的光束被反射至反射表面16，并被反射表面16反射成相反的方向，產(chǎn)生了橫向偏移但平行于入射至反射表面15的光束。沿著箭頭13移動(dòng)延遲臺(tái)可延長(zhǎng)或縮短第一激光器I和AOTF之間的整個(gè)光程，因而使得源自第一激光器I的激光脈沖延遲到達(dá)。如果該整個(gè)光程延長(zhǎng)了，則激光脈沖較遲地到達(dá)A0TF，如果縮短則較早地到達(dá)。二向色裝置20合并來自延遲臺(tái)12的光路和來自平面鏡6的光路，其允許來自平面鏡6并源自激光器2的激光脈沖透過二向色裝置20，而源自第一激光器I并來自延遲臺(tái)12的激光脈沖被反射90度至光路7。
在示意性示出的實(shí)施例中，為展示延遲臺(tái)12的功能，調(diào)節(jié)延遲臺(tái)12的位置從而來自第一激光器I的激光脈沖17與源自第一激光器I的激光脈沖9同時(shí)到達(dá)A0TF8的輸入側(cè)。由于激光脈沖9和激光脈沖17的波長(zhǎng)不同，因而以不同的速度傳播通過A0TF8，因此根據(jù)該實(shí)施例，來自第一激光器I的激光的激光脈沖18比源自第二激光器2的激光脈沖10 更早地到達(dá)AOTF的輸出側(cè)。來自第二激光器2的結(jié)果激光脈沖10和來自第一激光器I的結(jié)果激光脈沖18之間的時(shí)間延遲由Λ t示出。激光脈沖10和18都入射在樣本19上。為了生成樣本19的全像，如本領(lǐng)域已知的，根據(jù)典型掃描顯微鏡那樣對(duì)樣本進(jìn)行掃描，例如共焦掃描顯微鏡。
基于特定的顯微鏡，例如相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)顯微鏡、受激拉曼散射 (SRS)顯微鏡、拉曼感應(yīng)科爾效應(yīng)散射(RIKES)顯微鏡、和頻振蕩(SFG)顯微鏡以及受激發(fā)射損耗(STED)顯微鏡，且基于特定應(yīng)用的參數(shù)，例如波長(zhǎng)或兩個(gè)不同脈沖之間的波長(zhǎng)差，一特定的時(shí)間差和兩個(gè)脈沖之間的Λ t產(chǎn)生出最佳的成像結(jié)果?；谏鲜鲆蛩氐淖罴褧r(shí)間差可為零或非零，但無論如何為一特定值。調(diào)節(jié)Λ t的最簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)是允許沿箭頭13手動(dòng)地移動(dòng)延遲臺(tái)12的機(jī)構(gòu)，例如采用可旋轉(zhuǎn)的調(diào)節(jié)旋鈕，其基于旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)旋鈕驅(qū)動(dòng)移動(dòng)延遲臺(tái) 12的傳動(dòng)裝置。在調(diào)節(jié)延遲臺(tái)12的位置時(shí)，通過觀察成像可獲得延遲臺(tái)12的最佳位置。 可選地，使用獨(dú)立的外部探測(cè)器測(cè)量延遲At，并從基于特定應(yīng)用參數(shù)的表中讀取延遲臺(tái)的最佳位置。隨后可手動(dòng)地調(diào)節(jié)延遲臺(tái)，將其位置調(diào)節(jié)至從查詢表中讀出的位置。可選地，以開環(huán)控制的方式使用動(dòng)力致動(dòng)器進(jìn)行調(diào)節(jié)。
附圖2展示了對(duì)延遲臺(tái)12的調(diào)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)的實(shí)施例。除附圖1示出的實(shí)施例以外，附圖2中的實(shí)施例還包含延遲探測(cè)器21。在該特殊實(shí)施例中，延遲探測(cè)器21設(shè)計(jì)為基于 LED的雙光子吸收探測(cè)器，通?？s寫為TPA。也可以使用其它類型的探測(cè)器，但TPA探測(cè)器具有簡(jiǎn)單、便宜的優(yōu)點(diǎn)且可使用用于超快激光應(yīng)用的耐用且性價(jià)比高的自相關(guān)器的結(jié)構(gòu)。TPA 探測(cè)器可探測(cè)激光脈沖10和18之間的延遲Λ t，生成表示延遲Λ t的信號(hào)，并通過延遲信 號(hào)線23將該信號(hào)發(fā)送至控制單元22?？刂茊卧?2可以是能夠處理通過延遲信號(hào)線23輸入的延遲信號(hào)、且通過控制信號(hào)線24輸出控制信號(hào)的任何控制單元。延遲臺(tái)12可以是機(jī)動(dòng)的，例如使用結(jié)合有適當(dāng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的步進(jìn)馬達(dá)來移動(dòng)延遲臺(tái)，這里由嚙合齒條26的齒輪 25示出。其他合適的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可包括蝸輪。
通過具有5%的反射率和95%的透射率，通常稱為95% (T) -5% (R)的分束器27將樣本激光脈沖傳輸至TPA探測(cè)器，其在A0TF8的下游將激光脈沖10和18光強(qiáng)的5%轉(zhuǎn)移至 TPA探測(cè)器21。TPA探測(cè)器僅探測(cè)脈沖10和18之間的時(shí)間延遲Λ t，因此僅需相對(duì)較低的光強(qiáng)。附圖2示出的實(shí)施例允許閉環(huán)控制且可微調(diào)作為反饋至閉環(huán)控制環(huán)的控制變量的延遲Λ t?？刂茊卧?2可為簡(jiǎn)單的中央處理單元CPU，或商用個(gè)人電腦PC，其被配置為執(zhí)行期望的控制步驟。為了進(jìn)行控制，可在PC中預(yù)存儲(chǔ)校準(zhǔn)表，以查詢相應(yīng)于波長(zhǎng)和可調(diào)激光光源的延遲臺(tái)的最佳位置。通常，對(duì)于AOTF的特定模型僅需實(shí)施一次校準(zhǔn)程序并構(gòu)成AOTF 晶體的群延遲(group delay)特性。如果群延遲特性是已知的，則該步驟完全可以避免，不需執(zhí)行校準(zhǔn)程序即可在校準(zhǔn)表中存儲(chǔ)適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)。
附圖3示出附圖2所示出的實(shí)施例的變型，設(shè)法僅使用一個(gè)激光器I。激光器I發(fā)射的激光被光學(xué)參量振蕩器36分離成兩個(gè)不同波長(zhǎng)的激光脈沖,光學(xué)參量振蕩器36將發(fā)射的激光分離成具有“閑頻”波長(zhǎng)的激光和具有“信號(hào)”波長(zhǎng)的激光。使用二向色裝置28將這兩個(gè)不同波長(zhǎng)的激光脈沖空間地分離。平面鏡29、30和31將相應(yīng)于“信號(hào)”波長(zhǎng)的脈沖組引導(dǎo)至將空間分離的脈沖再次合并的二向色裝置32，同時(shí)在再合并二向色裝置32的上游，平面鏡33將對(duì)應(yīng)于閑頻波長(zhǎng)的另外的脈沖組引導(dǎo)至延遲臺(tái)12，隨后上述二向色裝置32 將其再次合并。布置另外的平面鏡34和35將這兩個(gè)激光脈沖沿相同的光路弓I導(dǎo)至A0TF8。 其他元件與附圖2中示出的實(shí)施例相同，包括分束器27、TPA探測(cè)器21、延遲線23、控制單元22和控制信號(hào)線24。為保持抽樣，附圖3中省略了驅(qū)動(dòng)激動(dòng)延遲臺(tái)12的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)元件， 可以理解其與附圖2中示出的實(shí)施例相同。
附圖4示出上述實(shí)施例的另一變型，為簡(jiǎn)化示出了附圖1的實(shí)施例的變型。然而可以理解，包含有結(jié)合控制的機(jī)動(dòng)延遲臺(tái)12的附圖2和3的實(shí)施例可應(yīng)用同樣的變型。在附圖4示出的實(shí)施例中，第一激光器I產(chǎn)生的激光脈沖沿與附圖1的實(shí)施例完全相同的光路經(jīng)過延遲臺(tái)12進(jìn)入A0TF8。而第二激光器產(chǎn)生的激光脈沖并未被引導(dǎo)穿過A0TF8，而是在A0TF8的下游與源自第一激光器I的未調(diào)節(jié)脈沖、且當(dāng)時(shí)已被A0TF8調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)輸出脈沖再次合并。這種情況下，使用平面鏡37和二向色裝置38完成再合并，其中后者在A0TF8 的下游將激光脈沖10和18再次合并。該實(shí)施例中，其中僅調(diào)節(jié)一個(gè)波長(zhǎng)，即源自第一激光器I的激光脈沖，由于僅需知道A0TF8的參數(shù)比如基于特定應(yīng)用和基于波長(zhǎng)的激光傳播通 SAOTFS的速度，可基于調(diào)節(jié)的激光脈沖的波長(zhǎng)預(yù)存儲(chǔ)延遲臺(tái)的位置，因而可特別容易地實(shí)施控制。這種情況下，甚至無需閉環(huán)反饋控制，由于用于確定最佳延遲的所有參數(shù)都是已知的，因而簡(jiǎn)單的開環(huán)控制 即已足夠。
附圖標(biāo)記列表
I第一激光器
2第二激光器
3第一激光的光路
4第二激光的光路
5平面鏡
6平面鏡
7光軸
8AOTF
9在AOTF輸入側(cè)的激光脈沖
10在AOTF輸出側(cè)的激光脈沖
11平面鏡
12延遲臺(tái)
13箭頭
14反射元件
15反射表面
16反射表面
17在AOTF輸入側(cè)的激光脈沖
18在AOTF輸出側(cè)的激光脈沖
19樣本
20二向色裝置
21延遲探測(cè)器
22控制單元
23延遲信號(hào)線
24控制信號(hào)線
25齒輪
26齒條
27分束器
28二向色裝置
29平面鏡
30平面鏡
31平面鏡
32二向色裝置
33平面鏡
34平面鏡
35平面鏡
36光學(xué)參量振蕩器
37平面鏡
38二向色裝置
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)多激光脈沖掃描顯微鏡，使用至少兩個(gè)不同波長(zhǎng)的脈沖激光光束同時(shí)地或以特定的時(shí)間延遲來照射待測(cè)樣本上的掃描點(diǎn)，包括提供第一不同波長(zhǎng)的第一激光脈沖的第一脈沖激光光源；提供第二不同波長(zhǎng)的第二激光脈沖的第二脈沖激光光源；聲光可調(diào)濾波器(A0TF)，用于調(diào)節(jié)穿過該聲光可調(diào)濾波器的第一和第二激光脈沖中的至少一個(gè)；延遲臺(tái)，設(shè)置在該聲光可調(diào)濾波器的上游或與該聲光可調(diào)濾波器平行，用于延遲第一和第二激光脈沖中的至少一個(gè)；以及致動(dòng)器，用于基于該聲光可調(diào)濾波器下游的第一和第二激光脈沖之間的時(shí)間延遲來移動(dòng)該延遲臺(tái)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的可調(diào)多激光脈沖掃描顯微鏡，其中致動(dòng)器是機(jī)動(dòng)的，且提供控制以基于該時(shí)間延遲控制該機(jī)動(dòng)的致動(dòng)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的可調(diào)多激光脈沖掃描顯微鏡，其中進(jìn)一步包括用于在該聲光可調(diào)濾波器下游探測(cè)第一和第二激光脈沖之間的時(shí)間延遲的延遲探測(cè)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的可調(diào)多激光脈沖掃描顯微鏡，進(jìn)一步包括設(shè)置在該聲光可調(diào)濾波器下游提取部分光束至該延遲探測(cè)器的分束器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的可調(diào)多激光脈沖掃描顯微鏡，其中第一脈沖激光光源包括第一激光器，第二脈沖激光光源包括第二激光器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的可調(diào)多激光脈沖掃描顯微鏡，其中第一和第二脈沖激光光源包括一泵浦激光器，其結(jié)合光學(xué)參量振蕩器以將泵浦激光轉(zhuǎn)換成不同波長(zhǎng)的第一和第二激光脈沖。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的可調(diào)多激光脈沖掃描顯微鏡，進(jìn)一步包括第一二向色裝置，在延遲臺(tái)的上游空間地分離第一和第二激光脈沖；第二二向色裝置，在延遲臺(tái)的下游對(duì)第一和第二激光脈沖進(jìn)行再合并。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的可調(diào)多激光脈沖掃描顯微鏡，其中該顯微鏡為共焦顯微鏡。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的可調(diào)多激光脈沖掃描顯微鏡，其中該顯微鏡是由相干反斯托克斯拉曼散射(CARS )顯微鏡、受激拉曼散射(SRS )顯微鏡、拉曼感應(yīng)科爾效應(yīng)散射(RIKES )顯微鏡、和頻振蕩(SFG)顯微鏡以及受激發(fā)射損耗(STED)顯微鏡組成的組中的一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的可調(diào)多激光脈沖掃描顯微鏡，其中聲光可調(diào)濾波器是單通道聲光可調(diào)濾波器，第一和第二激光脈沖中僅有一個(gè)透射穿過該聲光可調(diào)濾波 器。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的可調(diào)多激光脈沖掃描顯微鏡，其中聲光可調(diào)濾波器是多通道聲光可調(diào)濾波器，第一和第二激光脈沖皆透射穿過該聲光可調(diào)濾波器。
12.根據(jù)權(quán)利要求3的可調(diào)多激光脈沖掃描顯微鏡，其中延遲探測(cè)器設(shè)計(jì)為基于LED的雙光子吸收(TPA)探測(cè)器。
13.一種操作可調(diào)多激光脈沖掃描顯微鏡的方法，該顯微鏡使用至少兩個(gè)不同波長(zhǎng)的脈沖激光光束同時(shí)地或以特定的時(shí)間延遲來照射待測(cè)樣本上的掃描點(diǎn)，包括提供第一不同波長(zhǎng)的第一激光脈沖的第一脈沖激光光源；提供第二不同波長(zhǎng)的第二激光脈沖的第二脈沖激光光源；聲光可調(diào)濾波器(A0TF)，用于調(diào)節(jié)穿過該聲光可調(diào)濾波器的第一和第二激光脈沖中的至少一個(gè)；延遲臺(tái)，設(shè)置在該聲光可調(diào)濾波器的上游或與該聲光可調(diào)濾波器平行，用于延遲第一和第二激光脈沖中的至少一個(gè)；以及致動(dòng)器，用于基于該聲光可調(diào)濾波器下游的第一和第二激光脈沖之間的時(shí)間延遲來移動(dòng)該延遲臺(tái)，所述方法包括打開第一和第二脈沖激光光源；將第一和第二激光脈沖中之一的波長(zhǎng)調(diào)節(jié)至期望的波長(zhǎng)；確定第一和第二激光脈沖之間的時(shí)間延遲并生成表示該時(shí)間延遲的延遲信號(hào)；處理該延遲信號(hào)以生成用于移動(dòng)延遲臺(tái)的控制信號(hào)；根據(jù)控制信號(hào)移動(dòng)延遲臺(tái)；以及對(duì)樣本進(jìn)行成像。
14.一種操作可調(diào)多激光脈沖掃描顯微鏡的方法，該顯微鏡使用至少三個(gè)不同波長(zhǎng)的脈沖激光光束同時(shí)地或彼此之間以特定的時(shí)間延遲來照射待測(cè)樣本上的掃描點(diǎn)，包括提供第一不同波長(zhǎng)的第一激光脈沖的第一脈沖激光光源；提供第二不同波長(zhǎng)的第二激光脈沖的第二脈沖激光光源；提供第三不同波長(zhǎng)的第三激光脈沖的第三脈沖激光光源；第一和第二聲光可調(diào)濾波器(AOTF)或多通道聲光可調(diào)濾波器，用于調(diào)節(jié)穿過該第一和第二聲光可調(diào)濾波器(AOTF)或多通道聲光可調(diào)濾波器的第一、第二及第三激光脈沖中的至少兩個(gè)激光脈沖；第一和第二延遲臺(tái)，設(shè)置在該聲光可調(diào)濾波器或多通道聲光可調(diào)濾波器的上游或與其平行，用于延遲第一、第二及第三激光脈沖中的兩個(gè)激光脈沖；以及致動(dòng)器，用于基于時(shí)間延遲來移動(dòng)第一和第二延遲臺(tái)，所述方法包括打開第一和第二脈沖激光光源并關(guān)閉第三脈沖激光光源；將第二激光脈沖的波長(zhǎng)調(diào)節(jié)至期望的波長(zhǎng)；確定第一和第二激光脈沖之間的時(shí)間延遲并生成表示該時(shí)間延遲的第一延遲信號(hào)；處理該第一延遲信號(hào)以生成用于移動(dòng)第一延遲臺(tái)的第一控制信號(hào)；根據(jù)第一控制信號(hào)移動(dòng)第一延遲臺(tái)；打開第一和第三脈沖激光光源并關(guān)閉第二脈沖激光光源；將第三激光脈沖的波長(zhǎng)調(diào)節(jié)至期望的波長(zhǎng)；確定第一和第三激光脈沖之間的時(shí)間延遲并生成表示該時(shí)間延遲的第二延遲信號(hào)；處理該第二延遲信號(hào)以生成用于移動(dòng)第二延遲臺(tái)的第二控制信號(hào)；根據(jù)第二控制信號(hào)移動(dòng)第二延遲臺(tái)；以及打開第一、第二和第三脈沖激光光源以對(duì)樣本進(jìn)行成像。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的操作可調(diào)多激光脈沖掃描顯微鏡的方法，進(jìn)一步包括將該方法應(yīng)用于非退化反斯托克斯拉曼散射(CARS)顯微鏡。
全文摘要
描述了一種可調(diào)多激光脈沖掃描顯微鏡及操作該顯微鏡的方法，使用兩個(gè)不同波長(zhǎng)的脈沖激光光束同時(shí)地或以特定的時(shí)間延遲來照射待測(cè)樣本上的掃描點(diǎn)。顯微鏡包括發(fā)射不同波長(zhǎng)的激光的至少兩個(gè)脈沖激光光源，用于調(diào)節(jié)至少一個(gè)激光脈沖的聲光可調(diào)濾波器(AOTF)，設(shè)置在聲光可調(diào)濾波器上游的延遲臺(tái)，以及用于基于時(shí)間延遲移動(dòng)延遲臺(tái)的致動(dòng)器。從而，至少一種脈沖的波長(zhǎng)被調(diào)節(jié)且至少兩個(gè)不同波長(zhǎng)的脈沖之間的延遲被調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)G02B21/00GK103026282SQ201180022811
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月6日
發(fā)明者V·V·里那瑪查理, W·C·海氏 申請(qǐng)人:徠卡顯微系統(tǒng)復(fù)合顯微鏡有限公司