Pikosekundilised impulss-pooljuhtlaserid aja eraldusvõime tagamiseks

Disainitud ja toodetud Becker & Hickl – bh pakub pikosekundilisi impulssdioodpooljuhtlasereid lainepikkustes UV-st NIR-ni. Kõik bh pikosekundilised impulsspooljuhtlaserid on saadaval lihtsa +12V toiteallikaga või arvuti või sülearvuti USB-pordi kaudu. Muud funktsioonid hõlmavad kõrgeid kordussagedusi, lühikesi impulsi laiusi, enneolematut ajastust ja võimsuse stabiilsust ning äärmiselt madalat elektrilise müra taset. Täielik ajami elektroonika on integreeritud lasermoodulisse. Kõik bh pooljuhtlasermoodulid ühilduvad otseselt bh TCSPC moodulitega. Lisateavet toodete erinevate rakenduste kohta, eriti TCSPC-süsteemides, leiate sellelt lehelt.
Millised on ülilühikeste impulsslaserite rakendused?
Ultralühikeste impulsslaserite üks olulisemaid rakendusvaldkondi on fluorestsentsi eluaegse kujutise (FLIM) skaneeriva pildistamise tehnika. Täpsemalt, TCSPC-FLIM-tehnika põhineb impulss-pooljuhtlaseri impulss-laserkiire kasutamisel, et skaneerida proovi suure kordussagedusega ja seejärel tuvastada proovist tagastatud fluorestsentssignaali üksikud footonid. Iga footon määratakse selle aja järgi laserimpulsi tsüklis ja laserpunkti asukoha järgi skaneeritud alal tuvastamise ajal. Salvestusprotsess loob nende parameetrite alusel footonite jaotuse. Tulemust võib vaadelda pikslite paigutusena, millest igaüks sisaldab täielikku fluorestsentsi vähenemise kõverat suure hulga ajakanalite kohta.
Oftalmiline FLIM on üks impulsslaserite rakendusvaldkondi. Selle rakenduse põhinõue on inimsilma ergastamine pikosekundilise pooljuhtlaseriga.
Pooljuhtlaseri tekitatud kiir projitseeritakse otse patsiendi silma pupilli. Silma (fundus) taustalt naasvat fluorestsentsi tuvastatakse kahes lainepikkuses kanalis.
Seda valgust püüab kinni FLIM-moodul, seda töödeldakse ja hinnatakse pildistamise ajal. Sel viisil saadud andmed annavad arstidele võimaluse tuvastada varajased silmahaigused palju kiiremini kui praegu kasutatavad meetodid. Seega võivad impulss-pooljuhtlaserid olla suureks abiks varajasel avastamisel ja ravimisel, parandades lõppkokkuvõttes patsientide elukvaliteeti.
LHB-104 quad laser box, tuntud ka kui "laser-hub", sisaldab kuni nelja BDS-SM laserit. Üksikute laserite kiired on kombineeritud, et moodustada üks vaba kiire väljund või ühemoodiline fiibersidestatud väljund. Üks kast sisaldab LSB-C ja LSB-C2 laserlülitikarbiga samaväärset juhtelektroonikat. Lisaks sisaldab laserkarp lainepikkuse multipleksimise elektroonikat, juhtsignaali sisendeid ja TCSPC mooduli sünkroniseerimissignaali väljundeid.
Becker & Hickl võib pakkuda laias valikus lasereid erinevatel eesmärkidel. Siin tasub mainida eelkõige kahte näidet:
Üherežiimiline laser (BDS-SM)
Mitmemoodiline laser (BDS-MM)
Tänu oma nähtavale ulatusele sobivad nii SM- kui ka MM-laserid erirakendusteks. Nende hulka kuuluvad erinevate fluorofooride ja muude bioloogiliste proovide ergastamine, nagu allpool kirjeldatud.
Kaks näidet pikosekundiliste impulsspooljuhtlaserite kohta
bh BDL ja BDS laserid on mõeldud laserskaneeriva mikroskoopia rakenduste jaoks. Neil on kiire sisse- ja väljalülitamise juhtsisend, mis lülitab laseri skanneri kiire tagasilennu ajal välja ja multipleksib mitu erineva lainepikkusega laserit.
BDS-SM seeria laserid
BDS-SM laserid on väikesed moodulid, mille mõõtmed on ainult 40 mm x 70 mm x 120 mm. Laserid sisaldavad kogu ajami elektroonikat. Nagu tavaliselt, saavad nad toite lihtsast +12 V-st. BDS-i pikosekundilised pooljuhtlaserid pakuvad nii vabakiirelist kui ka ühemoodilist kiudväljundit. Impulsi laiused on umbes 50 kuni 90 ps ja impulsi kordussagedust saab lülitada 80 MHz, 50 MHz, 20 MHz ja CW vahel. Pildid
Saadaval on kõik tüüpilised pooljuhtlaseri lainepikkused vahemikus 375 nm kuni 785 nm, soovi korral on saadaval ka muud lainepikkused. BDS-laserid kasutavad sama juhtimispõhimõtet nagu BDL-SMN laserid. Selle tulemusel saab hea impulsikujuga saavutada suure optilise võimsuse, nagu on näidatud alloleval joonisel. Väljundvõimsust stabiliseerib sisemine reguleerimissilmus ja see võimaldab kiiret ümberlülitamist. Laseril on sünkroniseerimisväljund bh TCSPC moodulile ja päästiku sisend teiste impulsslaseritega sünkroonimiseks.
BDS-MM seeria laserid
BDS-MM laser on BDS-SM laseri mitmerežiimiline versioon. Olenevalt lainepikkuse versioonist võib CW ekvivalentvõimsus 50 MHz kordussagedusel olla kuni 20 kuni 50 mW. Enamasti hoitakse impulsi kuju vaba sabadest ja vastuimpulssidest kuni üle 10 mW. Siiski tuli teha mõningaid kompromisse: voolutarbimise piirangute tõttu ei ole MM-laseritel pidevaid režiime ja valgust on keeruline fiiberisse fokuseerida. Võimalusel tuleks BDS-MM lasereid kasutada vabakiire optikaga või kui kiudude sidumine on vältimatu, siis mitmemoodiliste kiududega, mille südamiku läbimõõt on 200 μm või suurem.
Eriti huvitavad rakendused ja tehnikad pikosekundiliste impulsspooljuhtlaserite jaoks
Nagu ülal näidatud, on bh pikosekundilistel impulsspooljuhtlaseritel palju eeliseid, mis avavad laia valikut rakendusi. Mõnda neist on siin kujutatud.
Pikosekundiline impulss-pooljuhtlaser ergastuslainepikkuse multipleksimisega FLIM-i jaoks
FLIM-i saab kombineerida ergastuse lainepikkuse multipleksimisega. Selle põhimõtte laiendamine FLIM-ile on näidatud allpool. Ergastamine erinevatel lainepikkustel toimub mitme laseri multipleksimise (sisse/välja lülitamise) või superkontiinumlaseri akusto-optilise häälestatava filtri (AOTF) lainepikkuste vahetamise teel. Multipleksimissignaal, mis näitab, milline laser (või laseri lainepikkus) on aktiivne, suunatakse TCSPC mooduli marsruutimise sisendisse. Signaal näitab ergastuse lainepikkust.
TCSPC moodul töötab tavapärast FLIM-i hankimisprotsessi: see loob footonite jaotuse skaneeritud ala koordinaatide, footoni aja ja ergastuse lainepikkuse järgi. Tulemuseks on andmestik, mis sisaldab üksikute ergastuslainepikkuste pilte. Seda võib tõlgendada ka ühe kujutisena, mille pikslites on erinevate ergastuslainepikkuste jaoks mitu lagunemiskõverat.
Pikosekundiline impulss-pooljuhtlaser metaboolseks pildistamiseks
Näitena ülilühikeste impulsslaserite väga olulisest rakendusest on siin mainitud metaboolset pildistamist. See põhineb NAD(P)H ja FAD fluorestsentskujutiste samaaegsel hankimisel, et minimeerida fotovalgenduse, fookuse triivi ja võimalike füsioloogiliste muutuste mõju. Seda saab saavutada lasermultipleksimise ja TCSPC multipleksimisega. Kahe emissiooni lainepikkuse intervalli signaalid salvestatakse kahe paralleelse FLIM-kanali kaudu. Põhikomponent on bh DCS{0}} konfokaalse skaneerimisega FLIM-süsteem. Seega nõuab DCS-i-120 kasutav metaboolne FLIM ainult õige laseri kasutamist ja õigete seadistusparameetrite valimist.
Kõrval olev joonis illustreerib inimese põierakke kasutava süsteemi toimimist. tm-kujutised, a1-kujutised ja FLIRR-pildid suudavad eristada normaalseid ja kasvajarakke. Metaboolse pildistamise andmed on ravi jaoks hindamatud.
Sünkroniseeritud FLIM/PLIM ultralühikeste impulsslaserite abil
Lisaks on pikosekundilised impulss-pooljuhtlaserid sünkroniseeritud FLIM/PLIM põhikomponent.
Erinevalt teistest tehnikatest ei kasutata ühe fosforestsentsi ergastustsükli kohta ühte, vaid mitut laserimpulssi.
FLIM-süsteemi ergastuslaser on moduleeritud tsüklitega mikrosekundites või millisekundites.
Süsteem genereerib FLIM-kujutisi laserimpulsi tsükli footoni aja alusel ja PLIM-kujutisi modulatsioonitsükli ajast. Kõrval olev joonis illustreerib põhimõtet.
Pikosekundiline impulss-pooljuhtlaser ja ruumiline multipleksimine
Hajusoptilise tomograafia (DOT) jaoks kasutatakse lainepikkuse multipleksimise ja ruumilise multipleksimise kombinatsiooni. Põhimõte on illustreeritud alloleval joonisel. Mitmed pikosekundilised pooljuhtlaserikiired ühendatakse üheks kiuks ja multipleksitakse. Kombineeritud laseriga kiud on ühendatud fiiberoptilise lüliti sisendiga või jagatud mitme fiiberoptilise lülitiga ühendatud osadeks. Kiudlüliti multipleksib laservalguse (mis ise koosneb mitmest multipleksitud laserlainepikkusest) pidevalt suureks hulgaks kiududeks, mis edastavad valguse erinevatesse proovi asukohtadesse.
Hajusalt levivat valgust salvestab suur hulk detektoreid proovi teistes kohtades. Detektori signaale salvestavad paralleelsed TCSPC moodulid, millel on "kanali" sisendid signaalide salvestamiseks erinevatest allikakohtadest ja laseri lainepikkustest erinevatesse lainekujude mäluplokkidesse. Anduri positsioonide arvu suurendamiseks saab seadistust ruuteri abil laiendada.