Pikosekundni impulsni poluprovodnički laseri za vremensku rezoluciju

Dizajniran i proizveden od strane Becker & Hickl - bh nudi pikosekundne pulsne diodne poluvodičke lasere u talasnim dužinama u rasponu od UV do NIR. Svi bh pikosekundni impulsni poluprovodnički laseri dostupni su sa jednostavnim +12V napajanjem, ili sa USB porta računara ili laptopa. Ostale karakteristike uključuju visoke frekvencije ponavljanja, kratke širine impulsa, neviđenu stabilnost vremena i snage i ekstremno niske nivoe električne buke. Kompletna pogonska elektronika integrirana je u laserski modul. Svi bh poluvodički laserski moduli su direktno kompatibilni sa bh TCSPC modulima. Saznajte više o različitim primjenama proizvoda, posebno u TCSPC sistemima, na ovoj stranici.
Koje su primjene ultrakratkih impulsnih lasera?
Jedno od najvažnijih područja primjene ultrakratkih impulsnih lasera je tehnika skeniranja fluorescentnog snimanja (FLIM). Konkretno, TCSPC-FLIM tehnika se zasniva na korišćenju impulsnog laserskog snopa iz impulsnog poluprovodničkog lasera za skeniranje uzorka sa velikom stopom ponavljanja, a zatim detektovanje pojedinačnih fotona fluorescentnog signala koji se vraća iz uzorka. Svaki foton je određen svojim vremenom u ciklusu laserskog impulsa i položajem laserske tačke u skeniranom području u trenutku detekcije. Proces snimanja stvara distribuciju fotona po ovim parametrima. Rezultat se može posmatrati kao raspored piksela, od kojih svaki sadrži potpunu krivu opadanja fluorescencije u velikom broju vremenskih kanala.
Oftalmološki FLIM je jedno od područja primjene pulsnih lasera. Osnovni zahtjev za ovu primjenu je pobuda ljudskog oka pikosekundnim poluvodičkim laserom.
Zraka koju generiše poluvodički laser projektuje se direktno u zjenicu oka pacijenta. Fluorescencija koja se vraća iz pozadine oka (fundusa) detektuje se u dva kanala talasne dužine.
Ovo svjetlo hvata FLIM modul, obrađuje i procjenjuje tokom snimanja. Podaci dobijeni na ovaj način pružaju liječnicima mogućnost da mnogo brže prepoznaju ranu očnu bolest od trenutno dostupnih metoda. Dakle, impulsni poluvodički laseri mogu biti od velike pomoći u ranom otkrivanju i liječenju, u konačnici poboljšavajući kvalitetu života pacijenata.
LHB-104 četverostruka laserska kutija, također poznata kao "laser-hub", sadrži do četiri BDS-SM lasera. Snopovi pojedinačnih lasera se kombinuju da formiraju jedan izlaz slobodnog snopa ili jednomodni izlaz spojen sa vlaknima. Jedna kutija sadrži kontrolnu elektroniku ekvivalentnu LSB-C i LSB-C2 laserskim prekidačima. Pored toga, laserska kutija sadrži elektroniku za multipleksiranje talasne dužine, ulaze kontrolnih signala i izlaze signala sinhronizacije TCSPC modula.
Becker & Hickl može ponuditi široku paletu lasera za različite namjene. Ovdje su posebno vrijedna spomena dva primjera:
Jednostruki laser (BDS-SM)
Višemodni laser (BDS-MM)
Zbog svog vidljivog dometa, i SM i MM laseri su pogodni za posebne primjene. To uključuje ekscitaciju različitih fluorofora i drugih bioloških uzoraka, kao što je opisano u nastavku.
Dva primjera pikosekundnih impulsnih poluvodičkih lasera
bh BDL i BDS laseri su dizajnirani za aplikacije laserske skenirajuće mikroskopije. Imaju brzi kontrolni ulaz za uključivanje/isključivanje koji isključuje laser tokom povratnog snopa skenera i multipleksira više lasera različitih talasnih dužina.
Laseri serije BDS-SM
BDS-SM laseri su mali moduli dimenzija samo 40 mm x 70 mm x 120 mm. Laseri sadrže cjelokupnu pogonsku elektroniku. Kao i obično, oni se napajaju jednostavnim +12 V. BDS pikosekundni poluprovodnički laseri daju i slobodni snop i single-mode izlaz vlakana. Širina impulsa je oko 50 do 90 ps, ​​a frekvencija ponavljanja impulsa može se prebacivati ​​između 80 MHz, 50 MHz, 20 MHz i CW. Slike
Dostupne su sve tipične talasne dužine poluprovodničkog lasera od 375 nm do 785 nm, druge talasne dužine su takođe dostupne na zahtev. BDS laseri koriste isti princip pogona kao i BDL-SMN laseri. Kao rezultat, može se postići visoka optička snaga sa dobrim oblikom impulsa, kao što je prikazano na donjoj slici. Izlazna snaga je stabilizovana internom regulacionom petljom i omogućava brzo prebacivanje. Laser ima sinkronizacijski izlaz na bh TCSPC modul i trigger ulaz za sinhronizaciju sa drugim impulsnim laserima.
Laseri serije BDS-MM
BDS-MM laser je multimodna verzija BDS-SM lasera. U zavisnosti od verzije talasne dužine, CW ekvivalentna snaga na frekvenciji ponavljanja od 50 MHz može biti čak 20 do 50 mW. U većini slučajeva, oblik impulsa ostaje bez repova i povratnih impulsa do više od 10 mW. Međutim, morali su se napraviti neki kompromisi: zbog ograničenja potrošnje energije, MM laseri nemaju kontinuirane modove i svjetlost se teško fokusira u vlakno. Ako je moguće, BDS-MM lasere treba koristiti sa optikom slobodnog snopa ili, ako je spajanje vlakana neizbježno, s multimodnim vlaknima s promjerom jezgre od 200 μm ili većim.
Posebno zanimljive primjene i tehnike za pikosekundne impulsne poluvodičke lasere
Kao što je gore prikazano, bh-ovi pikosekundni impulsni poluvodički laseri imaju mnoge prednosti koje otvaraju širok spektar primjena. Neki od njih će biti prikazani ovdje.
Pikosekundni impulsni poluprovodnički laser za FLIM sa multipleksiranjem talasne dužine pobude
FLIM se može kombinovati sa multipleksiranjem talasne dužine pobude. Proširenje ovog principa na FLIM je prikazano u nastavku. Pobuđivanje na različitim talasnim dužinama ostvaruje se multipleksiranjem (uključivanje/isključivanje) više lasera ili prebacivanjem talasnih dužina akusto-optičkog podesivog filtera (AOTF) superkontinuum lasera. Signal multipleksiranja koji pokazuje koji je laser (ili laserska talasna dužina) aktivan se dovodi na ulaz za rutiranje TCSPC modula. Signal ukazuje na talasnu dužinu pobude.
TCSPC modul pokreće normalan FLIM proces akvizicije: gradi distribuciju fotona preko koordinata skeniranog područja, vremena fotona i talasne dužine pobude. Rezultat je skup podataka koji sadrži slike pojedinačnih talasnih dužina pobude. Takođe se može protumačiti kao jedna slika koja ima višestruke krivulje raspada u svojim pikselima za različite talasne dužine pobude.
Pikosekundni impulsni poluprovodnički laser za metaboličko snimanje
Kao primjer vrlo važne primjene ultrakratkih impulsnih lasera, ovdje se spominje metaboličko snimanje. Zasnovan je na istovremenoj akviziciji fluorescentnih slika NAD(P)H i FAD-a za životni vijek kako bi se minimizirali efekti fotoizbjeljivanja, pomaka fokusa i mogućih fizioloških promjena. Ovo se može postići laserskim multipleksiranjem i multipleksiranjem TCSPC. Signali u dva intervala talasnih dužina emisije snimaju dva paralelna FLIM kanala. Osnovna komponenta je bh DCS-120 konfokalni sistem skeniranja FLIM. Dakle, metabolički FLIM koji koristi DCS-120 zahtijeva samo upotrebu ispravnog lasera i odabir ispravnih parametara podešavanja.
Susedna slika ilustruje performanse sistema koji koristi ćelije ljudske bešike. tm slike, a1 slike i FLIRR slike mogu razlikovati normalne i tumorske ćelije. Podaci dobiveni metaboličkim imidžingom su neprocjenjivi za terapiju.
Sinhronizovan FLIM/PLIM korišćenjem ultrakratkih impulsnih lasera
Pored toga, pikosekundni impulsni poluprovodnički laseri su ključna komponenta sinhronizovanog FLIM/PLIM.
Za razliku od drugih tehnika, ne koristi se jedan, već nekoliko laserskih impulsa po ciklusu pobude fosforescencije.
Laser pobude FLIM sistema je moduliran ciklusima u mikrosekundnom ili milisekundnom opsegu.
Sistem generiše FLIM slike na osnovu vremena fotona u ciklusu laserskog impulsa i PLIM slike iz vremena u ciklusu modulacije. Susedna slika ilustruje princip.
Pikosekundni impulsni poluprovodnički laser i prostorno multipleksiranje
Kombinacija multipleksiranja talasne dužine i prostornog multipleksiranja koristi se za difuznu optičku tomografiju (DOT). Princip je ilustrovan na donjoj slici. Nekoliko pikosekundnih poluvodičkih laserskih zraka se kombinuju u jedno vlakno i multipleksiraju. Vlakno sa kombinovanim laserom je povezano na ulaz optičkog prekidača ili podeljeno na sekcije povezane na više optičkih prekidača. Prekidač za vlakna multipleksira lasersku svjetlost (koja se sama sastoji od nekoliko multipleksiranih laserskih talasnih dužina) kontinuirano u veliki broj vlakana koja isporučuju svjetlost na različite lokacije uzorka.
Difuzno propušteno svjetlo bilježi se velikim brojem detektora na drugim lokacijama u uzorku. Signali detektora se snimaju od strane paralelnih TCSPC modula sa "kanalnim" ulazima za snimanje signala sa različitih lokacija izvora i laserskih talasnih dužina u različite memorijske blokove talasnog oblika. Kako bi se povećao broj pozicija detektora, podešavanje se može proširiti ruterom.