Picosecond pulserende halvlederlasere for tidsoppløsning

Designet og produsert av Becker & Hickl - bh tilbyr pikosekund pulsede diode halvlederlasere i bølgelengder fra UV til NIR. Alle bh picosecond pulsede halvlederlasere er tilgjengelige med en enkel +12V-strømforsyning, eller fra USB-porten på en PC eller bærbar PC. Andre funksjoner inkluderer høye repetisjonsfrekvenser, korte pulsbredder, enestående timing og kraftstabilitet, og ekstremt lave elektriske støynivåer. Komplett drivelektronikk er integrert i lasermodulen. Alle bh halvlederlasermoduler er direkte kompatible med bh TCSPC-moduler. Finn ut mer om de ulike bruksområdene til produktene, spesielt i TCSPC-systemer, på denne siden.
Hva er bruksområdene til ultrakorte pulserende lasere?
Et av de viktigste bruksområdene for ultrakorte pulserende lasere er skanningsteknikken for fluorescenslivstidsavbildning (FLIM). Spesifikt er TCSPC-FLIM-teknikken basert på å bruke en pulset laserstråle fra en pulset halvlederlaser for å skanne en prøve med høy repetisjonshastighet og deretter detektere enkeltfotoner av fluorescenssignalet som returneres fra prøven. Hvert foton bestemmes av dets tid i laserpulssyklusen og posisjonen til laserpunktet i det skannede området på deteksjonstidspunktet. Opptaksprosessen skaper en fotonfordeling over disse parameterne. Resultatet kan sees på som et arrangement av piksler, som hver inneholder en fullstendig fluorescensforfallskurve over et stort antall tidskanaler.
Oftalmisk FLIM er et av bruksområdene for pulserende lasere. Det grunnleggende kravet for denne applikasjonen er eksitering av det menneskelige øyet ved hjelp av en picosecond-halvlederlaser.
Strålen som genereres av halvlederlaseren projiseres direkte inn i pupillen til pasientens øye. Fluorescensen som kommer tilbake fra bakgrunnen av øyet (fundus) detekteres i to bølgelengdekanaler.
Dette lyset fanges opp av FLIM-modulen, behandles og evalueres under bildebehandling. Data innhentet på denne måten gir leger muligheten til å gjenkjenne tidlig øyesykdom mye raskere enn tilgjengelige metoder. Dermed kan pulserende halvlederlasere være til stor hjelp i tidlig oppdagelse og behandling, og til slutt forbedre livskvaliteten til pasientene.
LHB-104 quad-laserboksen, også kjent som en "laser-hub", inneholder opptil fire BDS-SM-lasere. Strålene til de individuelle laserne kombineres for å danne en enkelt fristråleutgang eller en enkeltmodus fiberkoblet utgang. En boks inneholder kontrollelektronikken tilsvarende LSB-C og LSB-C2 laserbryterbokser. I tillegg inneholder laserboksen bølgelengdemultiplekseringselektronikk, styresignalinnganger og TCSPC-modulsynkroniseringssignalutganger.
Becker & Hickl kan tilby et bredt utvalg av lasere til ulike formål. Spesielt to eksempler er verdt å nevne her:
Enkeltmoduslaser (BDS-SM)
Multimodus laser (BDS-MM)
På grunn av deres synlige rekkevidde er både SM- og MM-lasere egnet for spesielle bruksområder. Disse inkluderer eksitering av forskjellige fluoroforer og andre biologiske prøver, som beskrevet nedenfor.
To eksempler på pikosekund pulsede halvlederlasere
bh BDL- og BDS-lasere er designet for laserskanningsmikroskopiapplikasjoner. De har en rask på/av-kontrollinngang som slår av laseren under skannerens stråletilbakeslag og multiplekser flere lasere med forskjellige bølgelengder.
Lasere i BDS-SM-serien
BDS-SM-laserne er små moduler som kun måler 40 mm x 70 mm x 120 mm. Laserne inneholder hele drivelektronikken. Som vanlig blir de drevet av en enkel +12 V. BDS-picosecond-halvlederlaserne gir både fristråle- og enkeltmodus-fiberutgang. Pulsbredder er omtrent 50 til 90 ps og pulsrepetisjonsfrekvensen kan byttes mellom 80 MHz, 50 MHz, 20 MHz og CW. Bilder
Alle typiske halvlederlaserbølgelengder fra 375 nm til 785 nm er tilgjengelige, andre bølgelengder er også tilgjengelige på forespørsel. BDS-laserne bruker samme drivprinsipp som BDL-SMN-laserne. Som et resultat kan høy optisk effekt oppnås med en god pulsform, som vist i figuren under. Utgangseffekten stabiliseres av en intern reguleringssløyfe og muliggjør rask veksling. Laseren har en synkroniseringsutgang til bh TCSPC-modulen og en triggerinngang for synkronisering med andre pulserende lasere.
Lasere i BDS-MM-serien
BDS-MM-laseren er en multimodusversjon av BDS-SM-laseren. Avhengig av bølgelengdeversjonen kan CW-ekvivalenteffekten ved 50 MHz repetisjonsfrekvens være så høy som 20 til 50 mW. I de fleste tilfeller holdes pulsformen fri for haler og motpulser opp til mer enn 10 mW. Noen kompromisser måtte imidlertid inngås: På grunn av strømforbruksbegrensninger har ikke MM-lasere kontinuerlige moduser og lys er vanskelig å fokusere inn i fiberen. Hvis mulig, bør BDS-MM-lasere brukes med fristråleoptikk eller, hvis fiberkobling er uunngåelig, med multimodusfibre med kjernediametre på 200 μm eller større.
Mer spesielt interessante applikasjoner og teknikker for picosekund pulsede halvlederlasere
Som vist ovenfor har bhs picosekund pulsede halvlederlasere mange fordeler som åpner for et bredt spekter av bruksområder. Noen av disse vil bli avbildet her.
Picosecond pulsed halvlederlaser for FLIM med eksitasjonsbølgelengdemultipleksing
FLIM kan kombineres med multipleksing av eksitasjonsbølgelengde. En utvidelse av dette prinsippet til FLIM er vist nedenfor. Eksitering ved forskjellige bølgelengder realiseres ved å multiplekse (på/av-svitsje) flere lasere eller ved å bytte bølgelengdene til det akusto-optiske avstembare filteret (AOTF) til en superkontinuumlaser. Multiplekssignalet som indikerer hvilken laser (eller laserbølgelengde) som er aktiv, mates til ruteinngangen til TCSPC-modulen. Signalet indikerer eksitasjonsbølgelengden.
TCSPC-modulen kjører den normale FLIM-innsamlingsprosessen: den bygger opp en fotonfordeling over koordinatene til det skannede området, fotontiden og eksitasjonsbølgelengden. Resultatet er et datasett som inneholder bilder av individuelle eksitasjonsbølgelengder. Det kan også tolkes som et enkelt bilde som har flere forfallskurver i pikslene for forskjellige eksitasjonsbølgelengder.
Picosecond pulserende halvlederlaser for metabolsk avbildning
Som et eksempel på en svært viktig anvendelse av ultrakorte pulserende lasere nevnes her metabolsk avbildning. Den er basert på samtidig innhenting av fluorescens-levetidsbilder av NAD(P)H og FAD for å minimere effekten av fotobleking, fokusavdrift og mulige fysiologiske endringer. Dette kan oppnås ved lasermultipleksing og multipleksing av TCSPC. Signalene i de to emisjonsbølgelengdeintervallene registreres av to parallelle FLIM-kanaler. Kjernekomponenten er bh DCS-120 konfokal skanning FLIM-systemet. Derfor krever metabolsk FLIM ved bruk av DCS-120 kun bruk av riktig laser og valg av riktige oppsettparametere.
Den tilstøtende figuren illustrerer ytelsen til systemet ved bruk av menneskelige blæreceller. tm-bilder, a1-bilder og FLIRR-bilder kan skille mellom normale celler og tumorceller. Dataene innhentet fra metabolsk avbildning er uvurderlige for terapi.
Synkronisert FLIM/PLIM ved bruk av ultrakorte pulserende lasere
I tillegg er pikosekundpulsede halvlederlasere en nøkkelkomponent i synkronisert FLIM/PLIM.
I motsetning til andre teknikker, brukes ikke én, men flere laserpulser per fosforescenseksitasjonssyklus.
Eksitasjonslaseren til et FLIM-system moduleres med sykluser i mikrosekund- eller millisekundområdet.
Systemet genererer FLIM-bilder basert på fotontiden i laserpulssyklusen og PLIM-bilder fra tiden i modulasjonssyklusen. Figuren ved siden av illustrerer prinsippet.
Picosecond pulsed halvlederlaser og romlig multipleksing
En kombinasjon av bølgelengdemultipleksing og romlig multipleksing brukes for diffus optisk tomografi (DOT). Prinsippet er illustrert i figuren under. Flere pikosekund-halvlederlaserstråler kombineres til en enkelt fiber og multiplekses. Fiberen med den kombinerte laseren er koblet til inngangen til en fiberoptisk bryter eller delt inn i seksjoner koblet til flere fiberoptiske brytere. Fiberbryteren multiplekser laserlyset (som i seg selv består av flere multipleksede laserbølgelengder) kontinuerlig til et stort antall fibre som leverer lyset til forskjellige prøvesteder.
Diffust transmittert lys registreres av et stort antall detektorer på andre steder i prøven. Detektorsignaler registreres av parallelle TCSPC-moduler med "kanal"-innganger for opptak av signaler fra forskjellige kildeplasseringer og laserbølgelengder til forskjellige bølgeformminneblokker. For å øke antall detektorposisjoner kan oppsettet utvides med en ruter.