Пикосекундные импульсные полупроводниковые лазеры для временного разрешения

Разработанные и изготовленные компанией Becker & Hickl, компания bh предлагает пикосекундные импульсные диодные полупроводниковые лазеры с длинами волн от УФ до ближнего ИК-диапазона. Все пикосекундные импульсные полупроводниковые лазеры bh доступны с простым источником питания +12В или от USB-порта ПК или ноутбука. Другие особенности включают в себя высокие частоты повторения, короткую ширину импульса, беспрецедентную стабильность времени и мощности, а также чрезвычайно низкие уровни электрических шумов. Вся приводная электроника интегрирована в лазерный модуль. Все полупроводниковые лазерные модули bh напрямую совместимы с модулями TCSPC bh. Узнайте больше о различных применениях продуктов, особенно в системах TCSPC, на этой странице.
Каковы области применения ультракороткоимпульсных лазеров?
Одной из наиболее важных областей применения ультракороткоимпульсных лазеров является метод сканирующей визуализации флуоресцентной визуализации времени жизни (FLIM). В частности, метод TCSPC-FLIM основан на использовании импульсного лазерного луча импульсного полупроводникового лазера для сканирования образца с высокой частотой повторения и последующего обнаружения одиночных фотонов сигнала флуоресценции, возвращенного из образца. Каждый фотон определяется его временем в цикле лазерного импульса и положением лазерного пятна в сканируемой области в момент обнаружения. Процесс записи создает распределение фотонов по этим параметрам. Результат можно рассматривать как набор пикселей, каждый из которых содержит полную кривую затухания флуоресценции по большому количеству временных каналов.
Офтальмологический ФЛИМ — одна из областей применения импульсных лазеров. Основным требованием для этого приложения является возбуждение человеческого глаза пикосекундным полупроводниковым лазером.
Луч полупроводникового лазера проецируется прямо в зрачок глаза пациента. Флуоресценция, возвращающаяся с фона глаза (глазного дна), обнаруживается в двух каналах длины волны.
Этот свет улавливается модулем FLIM, обрабатывается и оценивается во время визуализации. Полученные таким образом данные дают врачам возможность распознавать заболевания глаз на ранних стадиях гораздо быстрее, чем доступные в настоящее время методы. Таким образом, импульсные полупроводниковые лазеры могут оказать большую помощь в раннем выявлении и лечении, в конечном итоге улучшая качество жизни пациентов.
Четырехлазерный блок LHB-104, также известный как «лазерный концентратор», содержит до четырех лазеров BDS-SM. Лучи отдельных лазеров объединяются, образуя один выходной сигнал свободного луча или одномодовый выходной сигнал, связанный по оптоволокну. В одной коробке находится управляющая электроника, эквивалентная блокам лазерных переключателей LSB-C и LSB-C2. Кроме того, лазерный блок содержит электронику мультиплексирования длин волн, входы управляющих сигналов и выходы сигналов синхронизации модуля TCSPC.
Becker & Hickl может предложить широкий ассортимент лазеров для различных целей. Здесь особенно следует упомянуть два примера:
Одномодовый лазер (БДС-СМ)
Многомодовый лазер (БДС-ММ)
Лазеры SM и MM благодаря своему видимому диапазону подходят для особых применений. К ним относятся возбуждение различных флуорофоров и других биологических образцов, как описано ниже.
Два примера пикосекундных импульсных полупроводниковых лазеров
Лазеры bh BDL и BDS предназначены для применения в лазерной сканирующей микроскопии. Они оснащены входом быстрого включения/выключения, который выключает лазер во время обратного хода луча сканера и мультиплексирует несколько лазеров с разными длинами волн.
Лазеры серии BDS-SM
Лазеры BDS-SM представляют собой небольшие модули размером всего 40 x 70 x 120 мм. Лазеры содержат всю приводную электронику. Как обычно, они питаются от простого напряжения +12 В. Пикосекундные полупроводниковые лазеры BDS обеспечивают как свободный луч, так и одномодовое оптоволокно. Длительность импульса составляет от 50 до 90 пс, а частота повторения импульсов может переключаться между 80 МГц, 50 МГц, 20 МГц и CW. Изображений
Доступны все типичные длины волн полупроводниковых лазеров от 375 до 785 нм, другие длины волн также доступны по запросу. Лазеры BDS используют тот же принцип привода, что и лазеры BDL-SMN. В результате можно получить высокую оптическую мощность при хорошей форме импульса, как показано на рисунке ниже. Выходная мощность стабилизируется внутренним контуром регулирования и обеспечивает быстрое переключение. Лазер имеет выход синхронизации с модулем bh TCSPC и триггерный вход для синхронизации с другими импульсными лазерами.
Лазеры серии BDS-MM
Лазер БДС-ММ представляет собой многомодовую версию лазера БДС-СМ. В зависимости от версии длины волны эквивалентная мощность непрерывного излучения на частоте повторения 50 МГц может достигать 20–50 мВт. В большинстве случаев форма импульса сохраняется без хвостов и обратных импульсов мощностью более 10 мВт. Однако пришлось пойти на некоторые компромиссы: из-за ограничений энергопотребления ММ-лазеры не имеют непрерывных режимов, и свет трудно сфокусировать в волокне. Если возможно, лазеры BDS-MM следует использовать с оптикой свободного луча или, если связь между волокнами неизбежна, с многомодовыми волокнами с диаметром сердцевины 200 мкм или более.
Более особенно интересные применения и технологии пикосекундных импульсных полупроводниковых лазеров.
Как было показано выше, пикосекундные импульсные полупроводниковые лазеры компании BH обладают множеством преимуществ, которые открывают широкий спектр применений. Некоторые из них будут изображены здесь.
Пикосекундный импульсный полупроводниковый лазер для ФЛИМ с мультиплексированием длины волны возбуждения
FLIM можно комбинировать с мультиплексированием длин волн возбуждения. Ниже показано распространение этого принципа на FLIM. Возбуждение на разных длинах волн реализуется путем мультиплексирования (включения/выключения) нескольких лазеров или путем переключения длин волн акустооптического перестраиваемого фильтра (АОПФ) суперконтинуального лазера. Сигнал мультиплексирования, указывающий, какой лазер (или длина волны лазера) активен, подается на вход маршрутизации модуля TCSPC. Сигнал указывает длину волны возбуждения.
Модуль TCSPC выполняет обычный процесс сбора данных FLIM: он строит распределение фотонов по координатам сканируемой области, времени фотона и длине волны возбуждения. Результатом является набор данных, содержащий изображения отдельных длин волн возбуждения. Его также можно интерпретировать как одно изображение, имеющее несколько кривых затухания в пикселях для разных длин волн возбуждения.
Пикосекундный импульсный полупроводниковый лазер для метаболической визуализации
В качестве примера очень важного применения ультракороткоимпульсных лазеров здесь упоминается метаболическая визуализация. Он основан на одновременном получении изображений времени жизни флуоресценции NAD(P)H и FAD для минимизации эффектов фотообесцвечивания, дрейфа фокуса и возможных физиологических изменений. Это можно получить путем лазерного мультиплексирования и мультиплексирования TCSPC. Сигналы в двух интервалах длин волн излучения регистрируются двумя параллельными каналами FLIM. Основным компонентом является система конфокального сканирования FLIM bh DCS-120. Таким образом, метаболический FLIM с использованием DCS-120 требует только использования правильного лазера и выбора правильных параметров настройки.
На соседнем рисунке показана эффективность системы с использованием клеток мочевого пузыря человека. Изображения tm, изображения a1 и изображения FLIRR позволяют различать нормальные и опухолевые клетки. Данные, полученные при метаболической визуализации, имеют неоценимое значение для терапии.
Синхронизированные FLIM/PLIM с использованием ультракороткоимпульсных лазеров
Кроме того, пикосекундные импульсные полупроводниковые лазеры являются ключевым компонентом синхронизированных FLIM/PLIM.
В отличие от других методик, за один цикл возбуждения фосфоресценции используется не один, а несколько лазерных импульсов.
Лазер возбуждения системы FLIM модулируется циклами в микросекундном или миллисекундном диапазоне.
Система генерирует изображения FLIM на основе времени фотона в цикле лазерного импульса и изображения PLIM на основе времени цикла модуляции. Соседний рисунок иллюстрирует принцип.
Пикосекундный импульсный полупроводниковый лазер и пространственное мультиплексирование
Комбинация мультиплексирования по длине волны и пространственного мультиплексирования используется для диффузной оптической томографии (DOT). Принцип проиллюстрирован на рисунке ниже. Несколько лучей пикосекундного полупроводникового лазера объединяются в одно волокно и мультиплексируются. Волокно с комбинированным лазером подключают ко входу оптоволоконного коммутатора или разделяют на секции, подключаемые к нескольким оптоволоконным переключателям. Волоконный переключатель непрерывно мультиплексирует лазерный свет (который сам по себе состоит из нескольких мультиплексированных лазерных длин волн) в большое количество волокон, которые доставляют свет к различным местам образца.
Диффузно проходящий свет регистрируется большим количеством детекторов в других местах образца. Сигналы детектора записываются параллельными модулями TCSPC с «канальными» входами для записи сигналов от разных мест источника и длин волн лазера в разные блоки памяти сигналов. Для увеличения количества позиций извещателя настройку можно расширить с помощью маршрутизатора.