לייזרים מוליכים למחצה מפולסים Picosecond לרזולוציית זמן

תוכנן ומיוצר על ידי Becker & Hickl - bh מציע לייזרים מוליכים למחצה דיודות פעימות פיקו-שניות באורכי גל הנעים בין UV ל-NIR. כל הלייזרים המוליכים למחצה הפועמים של bh picosecond זמינים עם ספק כוח פשוט +12V, או מיציאת ה-USB של מחשב או מחשב נייד. מאפיינים נוספים כוללים תדרי חזרות גבוהים, רוחבי פולסים קצרים, תזמון ויציבות כוח חסרי תקדים ורמות רעש חשמלי נמוכות במיוחד. אלקטרוניקה שלמה לכונן משולבת במודול הלייזר. כל מודולי הלייזר המוליכים למחצה של bh תואמים ישירות למודולי bh TCSPC. למידע נוסף על היישומים השונים של המוצרים, במיוחד במערכות TCSPC, בעמוד זה.
מהם היישומים של לייזרים פולסים קצרים במיוחד?
אחד מאזורי היישום החשובים ביותר עבור לייזרים פולסים קצרים הוא טכניקת ההדמיה הסריקה של הדמיית חיים פלואורסצנטית (FLIM). באופן ספציפי, טכניקת TCSPC-FLIM מבוססת על שימוש בקרן לייזר פועמת מלייזר מוליך למחצה פועם כדי לסרוק דגימה בקצב חזרות גבוה ולאחר מכן זיהוי פוטונים בודדים של אות הקרינה המוחזרת מהדגימה. כל פוטון נקבע לפי הזמן שלו במחזור פעימות הלייזר ומיקום נקודת הלייזר באזור הסרוק בזמן הגילוי. תהליך ההקלטה יוצר התפלגות פוטון על פני פרמטרים אלו. ניתן לראות את התוצאה כסידור של פיקסלים, שכל אחד מהם מכיל עקומת דעיכה מלאה של הקרינה על פני מספר רב של ערוצי זמן.
FLIM עיניים הוא אחד מאזורי היישום של לייזרים פולסים. הדרישה הבסיסית ליישום זה היא עירור העין האנושית על ידי לייזר מוליכים למחצה פיקושניות.
הקרן שנוצרת על ידי הלייזר המוליך למחצה מוקרנת ישירות לתוך אישון העין של המטופל. הקרינה החוזרת מרקע העין (פונדוס) מתגלה בשתי תעלות אורכי גל.
אור זה נקלט על ידי מודול FLIM, מעובד ומוערך במהלך ההדמיה. נתונים המתקבלים בדרך זו מספקים לרופאים את ההזדמנות לזהות מחלות עיניים מוקדמות הרבה יותר מהר מהשיטות הקיימות כיום. לפיכך, לייזרים מוליכים למחצה פועמים יכולים להיות לעזר רב בגילוי מוקדם ובטיפול, ובסופו של דבר לשפר את איכות החיים של החולים.
קופסת הלייזר המרובעת LHB-104, המכונה גם "רכזת לייזר", מכילה עד ארבעה לייזרים BDS-SM. הקרנות של הלייזרים הבודדים משולבות ליצירת פלט קרן חופשית אחת או פלט צמוד סיבים במצב יחיד. תיבה אחת מכילה את האלקטרוניקה המקבילה לקופסאות מתג הלייזר LSB-C ו-LSB-C2. בנוסף, קופסת הלייזר מכילה אלקטרוניקה לריבוי אורך גל, כניסות אותות בקרה ויציאות אות סנכרון של מודול TCSPC.
בקר והיקל יכולים להציע מגוון רחב של לייזרים למטרות שונות. כדאי להזכיר כאן שתי דוגמאות במיוחד:
לייזר במצב יחיד (BDS-SM)
לייזר רב-מצבי (BDS-MM)
בשל הטווח הנראה שלהם, גם לייזרים SM וגם MM מתאימים ליישומים מיוחדים. אלה כוללים עירור של פלואורפורים שונים ודגימות ביולוגיות אחרות, כמתואר להלן.
שתי דוגמאות של לייזרים מוליכים למחצה פועמים פיקושניות
לייזרים BDL ו-BDS של bh מיועדים ליישומי מיקרוסקופיה בסריקת לייזר. הם כוללים כניסת בקרה מהירה להפעלה/כיבוי שמכבה את הלייזר במהלך החזרת הקרן של הסורק ומכפילה מספר לייזרים באורכי גל שונים.
לייזרים מסדרת BDS-SM
לייזרים BDS-SM הם מודולים קטנים במידות 40 מ"מ על 70 מ"מ על 120 מ"מ בלבד. הלייזרים מכילים את כל האלקטרוניקה של הכונן. כרגיל, הם מופעלים על ידי +12 V פשוט. הלייזרים המוליכים למחצה BDS picosecond מספקים פלט סיבים עם קרן חופשית ומצב יחיד. רוחבי הפולסים הם כ-50 עד 90 ps וניתן להעביר את תדר החזרה של הפולסים בין 80 מגה-הרץ, 50 מגה-הרץ, 20 מגה-הרץ ו-CW. תמונות
כל אורכי הגל הטיפוסיים של הלייזר המוליכים למחצה מ-375 ננומטר עד 785 ננומטר זמינים, אורכי גל אחרים זמינים גם הם על פי בקשה. לייזרים BDS משתמשים באותו עקרון כונן כמו לייזרים BDL-SMN. כתוצאה מכך, ניתן להשיג כוח אופטי גבוה עם צורת דופק טובה, כפי שמוצג באיור למטה. עוצמת המוצא מיוצבת על ידי לולאת ויסות פנימית ומאפשרת מעבר מהיר. ללייזר יש פלט סנכרון למודול bh TCSPC וכניסת טריגר לסנכרון עם לייזרים פולסים אחרים.
לייזרים מסדרת BDS-MM
לייזר BDS-MM הוא גרסה מרובת מצבים של לייזר BDS-SM. בהתאם לגרסת אורך הגל, ההספק המקביל ל-CW בתדר החזרה של 50 מגה-הרץ יכול להגיע עד ל-20 עד 50 mW. ברוב המקרים, צורת הדופק נשמרת ללא זנבות ופולסים גב עד יותר מ-10 mW. עם זאת, היה צורך לעשות כמה פשרות: בשל מגבלות צריכת החשמל, ללייזרי MM אין מצבים רציפים וקשה למקד את האור לתוך הסיב. במידת האפשר, יש להשתמש בלייזרי BDS-MM עם אופטיקה של קרן חופשית או, אם צימוד סיבים בלתי נמנע, עם סיבים מולטי-מודים עם קוטר ליבה של 200 מיקרומטר או יותר.
יישומים וטכניקות מעניינות במיוחד עבור לייזרים מוליכים למחצה פולסים פיקושניות
כפי שמוצג לעיל, ללייזרים המוליכים למחצה הפועמים של bh יש יתרונות רבים הפותחים מגוון רחב של יישומים. כמה מהם יתוארו כאן.
לייזר מוליכים למחצה פועם פיקושני עבור FLIM עם ריבוי אורך גל עירור
ניתן לשלב את FLIM עם ריבוי אורך גל עירור. הרחבה של עיקרון זה ל-FLIM מוצגת להלן. עירור באורכי גל שונים מתממש על ידי ריבוי (החלפת הפעלה/כיבוי) של לייזרים מרובים או על ידי החלפת אורכי הגל של המסנן האקוסטו-אופטי הניתן לכוונון (AOTF) של לייזר סופר-רציף. אות המרבה המציין איזה לייזר (או אורך גל לייזר) פעיל מוזן לכניסת הניתוב של מודול TCSPC. האות מציין את אורך גל העירור.
מודול TCSPC מפעיל את תהליך הרכישה הרגיל של FLIM: הוא בונה התפלגות פוטון על פני הקואורדינטות של האזור הסרוק, זמן הפוטון ואורך גל העירור. התוצאה היא מערך נתונים המכיל תמונות של אורכי גל עירור בודדים. זה יכול להתפרש גם כתמונה בודדת שיש לה מספר עקומות דעיכה בפיקסלים שלה עבור אורכי גל עירור שונים.
לייזר מוליכים למחצה פועם Picosecond להדמיה מטבולית
כדוגמה ליישום חשוב מאוד של לייזרים פולסים קצרים במיוחד, מוזכרת כאן הדמיה מטבולית. זה מבוסס על רכישה בו-זמנית של תמונות לאורך החיים של פלואורסצנטיות של NAD(P)H ו-FAD כדי למזער את ההשפעות של הלבנת צילום, סחיפה של מיקוד ושינויים פיזיולוגיים אפשריים. ניתן להשיג זאת על ידי ריבוי לייזר וריבוי TCSPC. האותות בשני מרווחי אורך הגל הפליטה מוקלטים על ידי שני ערוצי FLIM מקבילים. מרכיב הליבה הוא מערכת הסריקה הקונפוקלית FLIM bh DCS-120. לפיכך, FLIM מטבולי המשתמש ב-DCS-120 דורש רק שימוש בלייזר הנכון ובחירת פרמטרי ההגדרה הנכונים.
האיור הסמוך ממחיש את ביצועי המערכת באמצעות תאי שלפוחית ​​השתן האנושיים. תמונות tm, תמונות a1 ותמונות FLIRR יכולות להבחין בין תאים נורמליים לגידולים. הנתונים המתקבלים מהדמיה מטבולית חשובים לאין ערוך לטיפול.
FLIM/PLIM מסונכרן באמצעות לייזרים פולסים קצרים במיוחד
בנוסף, לייזרים מוליכים למחצה פועמים פיקו-שניות הם מרכיב מפתח של FLIM/PLIM מסונכרן.
בניגוד לטכניקות אחרות, לא נעשה שימוש בפולסי לייזר אחד אלא במספר פולסים לכל מחזור עירור זרחתי.
לייזר העירור של מערכת FLIM מאופנן עם מחזורים בטווח של מיקרו-שניות או אלפיות שנייה.
המערכת מייצרת תמונות FLIM המבוססות על זמן הפוטון במחזור פעימות הלייזר ותמונות PLIM מהזמן במחזור האפנון. האיור הסמוך ממחיש את העיקרון.
לייזר מוליכים למחצה פועם Picosecond וריבוי מרחבי
שילוב של ריבוי אורך גל וריבוי מרחבי משמש לטומוגרפיה אופטית מפוזרת (DOT). העיקרון מודגם באיור שלהלן. מספר קרני לייזר מוליכים למחצה פיקו-שניות משולבות לסיב בודד ומרובבות. הסיב עם הלייזר המשולב מחובר לכניסה של מתג סיבים אופטיים או מחולק למקטעים המחוברים למספר מתגים של סיבים אופטיים. מתג הסיבים מכפיל את אור הלייזר (שבעצמו מורכב מכמה אורכי גל לייזר מרובבים) ברציפות למספר רב של סיבים המעבירים את האור למיקומי דגימה שונים.
אור המועבר בצורה דיפוזית מתועד על ידי מספר רב של גלאים במקומות אחרים בדגימה. אותות גלאים מוקלטים על ידי מודולי TCSPC מקבילים עם כניסות "ערוץ" להקלטת אותות ממיקומי מקור שונים ואורכי גל לייזר לתוך בלוקי זיכרון שונים של צורות גל. על מנת להגדיל את מספר עמדות הגלאים, ניתן להרחיב את ההגדרה על ידי נתב.