声光可调滤波器如何增强共聚焦显微镜的多功能性

共聚焦显微镜，又称共聚焦激光扫描显微镜 (CLSM)，已应用于生命科学领域数十年。从眼科学到神经科学，共聚焦显微镜支持着挽救生命的诊断、治疗和研究。如今，共聚焦显微镜的生物医学应用越来越依赖于声光可调滤波器 (AOTF)。AOTF 技术带来的精确控制、灵活性和速度增强了共聚焦显微镜的多功能性，从而推动了进一步的科学创新。随着对更高图像清晰度和灵活性的需求不断增加，AOTF 解决方案可能会变得更加复杂，需要特定的综合专业知识和能力。

AOTF 在共聚焦显微镜中的用途和优势

声光器件在共聚焦显微镜中有许多用途。它们可用于调制、功率控制、激光切换、激光耦合和光束分离。在单个扫描头（例如 Leica Microsystems 的STELLARIS 8）中，声光器件得到广泛使用。尤其是 AOTF 表现优异，具有多种优势，包括：

更清晰的图像：检查活体组织的一个挑战是快速获取多光谱数据，同时避免样本移动或分子变化或损坏。AOTF 的多功能性使活细胞能够被分析。这意味着科学家可以借助基于 AOTF 的系统允许的快速强度和波长切换功能来监测动态细胞过程。由于快速强度和波长切换功能，研究人员现在可以准确监测完整的动态细胞过程。光漂白后荧光恢复 (FRAP)、光漂白中荧光损失 (FLIP) 和小用户定义样本区域（感兴趣的 ROI 区域）等技术取得了巨大进展。

AOTF 可为共聚焦显微镜提供更清晰的图像、逐像素波长灵活性和精确控制。

逐像素波长和功率控制：显微镜专家可以保持较高的扫描速度，同时逐个像素地调整图像。通过为每个波长和激光分配不同的强度来实现不同信号电平的平衡。AOTF 的一个用途是选择激发波长和设置白光激光器的功率。

先进的激光多路复用时间表：AOTF 通过选择系统中的激光源并控制其强度来控制波长和强度。声光技术可以快速精确地控制传输和波长选择。然后用作激发滤波器的 AOTF 可以“动态”调整。这与传统的介电带通滤波器形成对比，在传统的介电带通滤波器中，任何调整都意味着需要购买新的滤波器。此外，显微镜中可以安装的滤波器数量总是有限的。

环境稳定性：共焦系统中的 AOTF 通过实现灵活、快速的电子调谐和多条激光线的强度控制，消除了温度或湿度变化引起的任何潜在频率漂移。使用滤光片转盘/轮的机械调谐方案很难实现这一点。

Leica Microsystems 的STELLARIS 8

技术和规格

在 AOTF 中，将 RF 驱动频率施加到压电换能器（通常是铌酸锂）上，从而产生声波。该声波被耦合到声光材料中，例如二氧化碲 (TeO2)。这会产生衍射光栅，其中晶体的折射率随驱动频率而变化。当相干光束穿过晶体时，只有窄带频率会满足相位匹配条件并以不同于非衍射光束的角度离开晶体。晶体几何形状对于获得所需的性能至关重要。大多数高端声光器件都是按规格制造的，G&H 是一家领先的专家，提供各种声光可调滤波器，覆盖从紫外线到中红外的波长，带宽小于 1 nm。G&H 的声光可调系统包括电子控制、可配置驱动器（用于提高操作员灵活性）和反馈稳定系统，无论环境条件如何，都能保持波长稳定性。 G&H 还采用了专利的旁瓣抑制技术来提高频谱纯度。至关重要的是，G&H 是唯一一家自行生产优质二氧化碲 (TeO2) 晶体的光学系统开发商。这有助于保持一致性和可靠性，从而生产出更一致、可重复的 AOTF 产品。这种在我们位于美国的工厂之一（符合 ITAR 规定）生产、抛光和制造晶体的能力确保了行业领先的标准。

新一代驱动程序

对于 OEM 客户和最终用户，共聚焦显微镜发展方向的反馈表明，多功能性是一项关键要求。对单个系统内更广泛的可调波长范围的需求正在增长，这不仅提供了灵活性，也提供了更好的价值。G&H 已经提供了一个覆盖 400-2400 nm 范围的单一光源（而不是通常需要的三个滤光片），并且正在进一步提高驱动器的灵活性。温度效应管理是另一个需要进一步创新的领域。AOTF 对温度变化非常敏感。为了克服这个问题，G&H 驱动器设计基于一个芯片，该芯片可保持温度，然后使用反馈系统调整输出以使其保持恒定，这一过程称为波长锁定。该集成系统还包含有关晶体结构、序列号等的可访问信息。为了最大限度地发挥 AOTF 系统的潜力及其对用户的好处，G&H 在设计自己的新一代显微镜的最初阶段就与显微镜系统制造商合作。这种合作方式使制造商能够提高其显微镜和超连续光源的性能。总而言之，经验表明，采用渐进式而非革命性的方法来实现卓越的 AOTF 和驱动系统制造和集成具有优势。G&H 与显微镜行业合作，改进 AOTF 技术，以跟上生命科学和生物光子学应用的快速发展。