聲光可調濾波器如何增強共聚焦顯微鏡的多功能性

共聚焦顯微鏡，又稱共聚焦激光掃描顯微鏡 (CLSM)，已應用于生命科學領域數十年。從眼科學到神經科學，共聚焦顯微鏡支持著挽救生命的診斷、治療和研究。如今，共聚焦顯微鏡的生物醫學應用越來越依賴于聲光可調濾波器 (AOTF)。AOTF 技術帶來的精確控制、靈活性和速度增強了共聚焦顯微鏡的多功能性，從而推動了進一步的科學創新。隨著對更高圖像清晰度和靈活性的需求不斷增加，AOTF 解決方案可能會變得更加復雜，需要特定的綜合專業知識和能力。

AOTF 在共聚焦顯微鏡中的用途和優勢

聲光器件在共聚焦顯微鏡中有許多用途。它們可用于調制、功率控制、激光切換、激光耦合和光束分離。在單個掃描頭（例如 Leica Microsystems 的STELLARIS 8）中，聲光器件得到廣泛使用。尤其是 AOTF 表現優異，具有多種優勢，包括：

更清晰的圖像：檢查活體組織的一個挑戰是快速獲取多光譜數據，同時避免樣本移動或分子變化或損壞。AOTF 的多功能性使活細胞能夠被分析。這意味著科學家可以借助基于 AOTF 的系統允許的快速強度和波長切換功能來監測動態細胞過程。由于快速強度和波長切換功能，研究人員現在可以準確監測完整的動態細胞過程。光漂白后熒光恢復 (FRAP)、光漂白中熒光損失 (FLIP) 和小用戶定義樣本區域（感興趣的 ROI 區域）等技術取得了巨大進展。

AOTF 可為共聚焦顯微鏡提供更清晰的圖像、逐像素波長靈活性和精確控制。

逐像素波長和功率控制：顯微鏡專家可以保持較高的掃描速度，同時逐個像素地調整圖像。通過為每個波長和激光分配不同的強度來實現不同信號電平的平衡。AOTF 的一個用途是選擇激發波長和設置白光激光器的功率。

先進的激光多路復用時間表：AOTF 通過選擇系統中的激光源并控制其強度來控制波長和強度。聲光技術可以快速精確地控制傳輸和波長選擇。然后用作激發濾波器的 AOTF 可以“動態”調整。這與傳統的介電帶通濾波器形成對比，在傳統的介電帶通濾波器中，任何調整都意味著需要購買新的濾波器。此外，顯微鏡中可以安裝的濾波器數量總是有限的。

環境穩定性：共焦系統中的 AOTF 通過實現靈活、快速的電子調諧和多條激光線的強度控制，消除了溫度或濕度變化引起的任何潛在頻率漂移。使用濾光片轉盤/輪的機械調諧方案很難實現這一點。

Leica Microsystems 的STELLARIS 8

技術和規格

在 AOTF 中，將 RF 驅動頻率施加到壓電換能器（通常是鈮酸鋰）上，從而產生聲波。該聲波被耦合到聲光材料中，例如二氧化碲 (TeO2)。這會產生衍射光柵，其中晶體的折射率隨驅動頻率而變化。當相干光束穿過晶體時，只有窄帶頻率會滿足相位匹配條件并以不同于非衍射光束的角度離開晶體。晶體幾何形狀對于獲得所需的性能至關重要。大多數高端聲光器件都是按規格制造的，G&H 是一家領先的專家，提供各種聲光可調濾波器，覆蓋從紫外線到中紅外的波長，帶寬小于 1 nm。G&H 的聲光可調系統包括電子控制、可配置驅動器（用于提高操作員靈活性）和反饋穩定系統，無論環境條件如何，都能保持波長穩定性。 G&H 還采用了專利的旁瓣抑制技術來提高頻譜純度。至關重要的是，G&H 是唯一一家自行生產優質二氧化碲 (TeO2) 晶體的光學系統開發商。這有助于保持一致性和可靠性，從而生產出更一致、可重復的 AOTF 產品。這種在我們位于美國的工廠之一（符合 ITAR 規定）生產、拋光和制造晶體的能力確保了行業領先的標準。

新一代驅動程序

對于 OEM 客戶和最終用戶，共聚焦顯微鏡發展方向的反饋表明，多功能性是一項關鍵要求。對單個系統內更廣泛的可調波長范圍的需求正在增長，這不僅提供了靈活性，也提供了更好的價值。G&H 已經提供了一個覆蓋 400-2400 nm 范圍的單一光源（而不是通常需要的三個濾光片），并且正在進一步提高驅動器的靈活性。溫度效應管理是另一個需要進一步創新的領域。AOTF 對溫度變化非常敏感。為了克服這個問題，G&H 驅動器設計基于一個芯片，該芯片可保持溫度，然后使用反饋系統調整輸出以使其保持恒定，這一過程稱為波長鎖定。該集成系統還包含有關晶體結構、序列號等的可訪問信息。為了最大限度地發揮 AOTF 系統的潛力及其對用戶的好處，G&H 在設計自己的新一代顯微鏡的最初階段就與顯微鏡系統制造商合作。這種合作方式使制造商能夠提高其顯微鏡和超連續光源的性能。總而言之，經驗表明，采用漸進式而非革命性的方法來實現卓越的 AOTF 和驅動系統制造和集成具有優勢。G&H 與顯微鏡行業合作，改進 AOTF 技術，以跟上生命科學和生物光子學應用的快速發展。