Пикосекундни импулсни полупроводникови лазери за времева разделителна способност

Проектиран и произведен от Becker & Hickl - bh предлага пикосекундни импулсни диодни полупроводникови лазери с дължини на вълните, вариращи от UV до NIR. Всички bh пикосекундни импулсни полупроводникови лазери се предлагат с просто +12V захранване или от USB порта на компютър или лаптоп. Други характеристики включват високи честоти на повторение, къса ширина на импулса, безпрецедентна синхронизация и стабилност на мощността и изключително ниски нива на електрически шум. Цялата задвижваща електроника е интегрирана в лазерния модул. Всички bh полупроводникови лазерни модули са директно съвместими с bh TCSPC модули. Научете повече за различните приложения на продуктите, особено в системите TCSPC, на тази страница.
Какви са приложенията на ултракъсите импулсни лазери?
Една от най-важните области на приложение на ултракъсите импулсни лазери е техниката за сканиране на изображения на флуоресцентно изобразяване през целия живот (FLIM). По-конкретно, техниката TCSPC-FLIM се основава на използване на импулсен лазерен лъч от импулсен полупроводников лазер за сканиране на проба с висока честота на повторение и след това откриване на единични фотони на флуоресцентния сигнал, върнат от пробата. Всеки фотон се определя от неговото време в цикъла на лазерния импулс и позицията на лазерното петно ​​в сканираната област в момента на откриване. Процесът на запис създава фотонно разпределение по тези параметри. Резултатът може да се разглежда като подреждане на пиксели, всеки от които съдържа пълна крива на затихване на флуоресценцията за голям брой времеви канали.
Офталмологичният FLIM е една от областите на приложение на импулсните лазери. Основното изискване за това приложение е възбуждането на човешкото око от пикосекунден полупроводников лазер.
Лъчът, генериран от полупроводниковия лазер, се проектира директно в зеницата на окото на пациента. Флуоресценцията, връщаща се от фона на окото (очното дъно), се открива в два канала с дължина на вълната.
Тази светлина се улавя от модула FLIM, обработва се и се оценява по време на изображения. Данните, получени по този начин, предоставят на лекарите възможност да разпознаят ранното очно заболяване много по-бързо от наличните в момента методи. По този начин импулсните полупроводникови лазери могат да бъдат от голяма помощ при ранното откриване и лечение, като в крайна сметка подобряват качеството на живот на пациентите.
Четворната лазерна кутия LHB-104, известна още като „лазерен хъб“, съдържа до четири BDS-SM лазера. Лъчите на отделните лазери се комбинират, за да образуват единичен изход със свободен лъч или изход с едномодово влакно. Една кутия съдържа управляващата електроника, еквивалентна на LSB-C и LSB-C2 кутиите за лазерни превключватели. Освен това лазерната кутия съдържа електроника за мултиплексиране на дължини на вълните, входове за управляващ сигнал и изходи за синхронизиращ сигнал на TCSPC модул.
Becker & Hickl може да предложи широка гама от лазери за различни цели. Тук си струва да се споменат по-специално два примера:
Едномодов лазер (BDS-SM)
Многомодов лазер (BDS-MM)
Благодарение на техния видим диапазон, както SM, така и MM лазерите са подходящи за специални приложения. Те включват възбуждане на различни флуорофори и други биологични проби, както е описано по-долу.
Два примера за пикосекундни импулсни полупроводникови лазери
bh BDL и BDS лазерите са предназначени за приложения на лазерна сканираща микроскопия. Те разполагат с бърз контролен вход за включване/изключване, който изключва лазера по време на обратния ход на лъча на скенера и мултиплексира множество лазери с различни дължини на вълната.
Серия лазери BDS-SM
Лазерите BDS-SM са малки модули с размери само 40 mm x 70 mm x 120 mm. Лазерите съдържат цялата електроника на задвижването. Както обикновено, те се захранват от обикновен +12 V. BDS пикосекундните полупроводникови лазери осигуряват изход както със свободен лъч, така и с едномодов оптичен кабел. Ширините на импулса са около 50 до 90 ps и честотата на повторение на импулса може да се превключва между 80 MHz, 50 MHz, 20 MHz и CW. Изображения
Предлагат се всички типични дължини на вълната на полупроводниковия лазер от 375 nm до 785 nm, други дължини на вълната също са налични при поискване. Лазерите BDS използват същия принцип на задвижване като лазерите BDL-SMN. В резултат на това може да се получи висока оптична мощност с добра форма на импулса, както е показано на фигурата по-долу. Изходната мощност се стабилизира от вътрешна регулираща верига и позволява бързо превключване. Лазерът има изход за синхронизация към модула bh TCSPC и тригерен вход за синхронизация с други импулсни лазери.
Серия лазери БДС-ММ
Лазерът BDS-MM е многомодова версия на лазера BDS-SM. В зависимост от версията с дължина на вълната, CW еквивалентната мощност при честота на повторение от 50 MHz може да достигне до 20 до 50 mW. В повечето случаи формата на импулса се поддържа без опашки и обратни импулси до повече от 10 mW. Трябваше обаче да се направят някои компромиси: поради ограниченията на консумацията на енергия, ММ лазерите нямат непрекъснати режими и светлината трудно се фокусира във влакното. Ако е възможно, лазерите BDS-MM трябва да се използват с оптика със свободен лъч или, ако свързването на влакна е неизбежно, с многомодови влакна с диаметър на сърцевината от 200 μm или по-голям.
По-специално интересни приложения и техники за пикосекундни импулсни полупроводникови лазери
Както е показано по-горе, пикосекундните импулсни полупроводникови лазери на bh имат много предимства, които отварят широк спектър от приложения. Някои от тях ще бъдат изобразени тук.
Пикосекунден импулсен полупроводников лазер за FLIM с мултиплексиране по дължина на вълната на възбуждане
FLIM може да се комбинира с мултиплексиране на дължината на вълната на възбуждане. По-долу е показано разширение на този принцип към FLIM. Възбуждането при различни дължини на вълната се реализира чрез мултиплексиране (включване/изключване) на множество лазери или чрез превключване на дължините на вълните на акустооптичния регулируем филтър (AOTF) на суперконтинуален лазер. Сигналът за мултиплексиране, показващ кой лазер (или дължина на вълната на лазера) е активен, се подава към входа за маршрутизиране на модула TCSPC. Сигналът показва дължината на вълната на възбуждане.
Модулът TCSPC изпълнява нормалния процес на придобиване на FLIM: той изгражда разпределение на фотони по координатите на сканираната област, времето на фотона и дължината на вълната на възбуждане. Резултатът е набор от данни, съдържащ изображения на отделни дължини на вълната на възбуждане. Може също да се интерпретира като единично изображение, което има множество криви на затихване в своите пиксели за различни дължини на вълната на възбуждане.
Пикосекунден импулсен полупроводников лазер за метаболитни изображения
Като пример за много важно приложение на ултракъси импулсни лазери тук се споменава метаболитното изобразяване. Базира се на едновременното получаване на флуоресцентни доживотни изображения на NAD(P)H и FAD, за да се сведат до минимум ефектите от фотоизбелването, отклонението на фокуса и възможните физиологични промени. Това може да се получи чрез лазерно мултиплексиране и мултиплексиране на TCSPC. Сигналите в двата интервала на дължина на вълната на излъчване се записват от два паралелни FLIM канала. Основният компонент е bh DCS-120 конфокална сканираща FLIM система. По този начин метаболитният FLIM, използващ DCS-120, изисква само използването на правилния лазер и избора на правилните параметри за настройка.
Съседната фигура илюстрира работата на системата, използваща човешки клетки от пикочния мехур. tm изображения, a1 изображения и FLIRR изображения могат да разграничават нормални и туморни клетки. Данните, получени от метаболитно изображение, са безценни за терапията.
Синхронизиран FLIM/PLIM с ултракъси импулсни лазери
В допълнение, пикосекундните импулсни полупроводникови лазери са ключов компонент на синхронизирания FLIM/PLIM.
За разлика от други техники, не един, а няколко лазерни импулса се използват за цикъл на възбуждане на фосфоресценция.
Възбуждащият лазер на система FLIM се модулира с цикли в диапазона от микросекунди или милисекунди.
Системата генерира FLIM изображения въз основа на фотонното време в цикъла на лазерния импулс и PLIM изображения от времето в модулационния цикъл. Съседната фигура илюстрира принципа.
Пикосекунден импулсен полупроводников лазер и пространствено мултиплексиране
Комбинация от мултиплексиране по дължина на вълната и пространствено мултиплексиране се използва за дифузна оптична томография (DOT). Принципът е илюстриран на фигурата по-долу. Няколко пикосекундни полупроводникови лазерни лъча се комбинират в едно влакно и се мултиплексират. Влакното с комбинирания лазер е свързано към входа на оптичен превключвател или разделено на секции, свързани към множество оптични превключватели. Влакнестият превключвател мултиплексира лазерната светлина (която сама по себе си се състои от няколко мултиплексирани лазерни дължини на вълната) непрекъснато в голям брой влакна, които доставят светлината до различни места на пробите.
Дифузно предаваната светлина се записва от голям брой детектори на други места в пробата. Сигналите на детектора се записват от паралелни TCSPC модули с "канални" входове за запис на сигнали от различни местоположения на източника и дължина на вълната на лазера в блокове памет с различна форма на вълната. За да се увеличи броят на позициите на детектора, настройката може да бъде разширена с рутер.