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바카라 사이트 추천디시modulationslösungen für die Zwei-Photonen-Mikroskopie
Überblick<
Seit der bahnbrechenden Arbeit zur Zwei-Photonen-바카라 사이트 추천디시-Scanning-Fluoreszenzmikroskopie, die im Jahr 1990 veröffentlicht wurde (Denk, et al., 1990), hat die Technik von schrittweisen Veränderungen in der 바카라 사이트 추천디시technologie profitiert. Diese Verbesserungen haben dazu beigetragen, dass die Technik von einem physikalischen Labor in die Zellbiologie, die Erforschung von Krankheiten 바카라 사이트 추천디시 die fortgeschrittene neurowissenschaftliche Bildgebung vordringen konnte.
Durchstimmbare One-Box-Ti:Saphir-바카라 사이트 추천디시 haben diesen Trend um das Jahr 2001 eingeleitet. Einige Jahre später wurden die 바카라 사이트 추천디시 mit einer automatischen Dispersionskontrolle ausgestattet, um die Pulsdauer auf der Probenebene des Mikroskops zu optimieren. Da Sonden, die bei Wellenlängen anregbar sind, die länger sind als die Obergrenze von Titan-Saphir-바카라 사이트 추천디시n, immer ausgereifter 바카라 사이트 추천디시 effizienter wurden, wandten sich die 바카라 사이트 추천디시hersteller nach 2010 den Optisch Parametrischen Oszillatoren zu, um diesen Bedarf an einer erweiterten Farbpalette, einer tieferen Bildgebung 바카라 사이트 추천디시 einer geringeren Lichtschädigung zu decken.
In diesem Artikel erörtern wir die nächste Phase in dieser Entwicklung: die Integration der schnellen Leistungsmodulation in das 바카라 사이트 추천디시system 바카라 사이트 추천디시 wie dies eine schnellere Einrichtung, höchste Leistung 바카라 사이트 추천디시 niedrige Betriebskosten ermöglicht.
„Die Integration der schnellen Leistungsmodulation in das 바카라 사이트 추천디시system ermöglicht eine kürzere Einrichtungszeit, höchste Leistung 바카라 사이트 추천디시 niedrige Betriebskosten."
Anforderungen an die Steuerung der 바카라 사이트 추천디시leistung in der Zwei-Photonen-Mikroskopie
In seiner einfachsten Form kann eine kontinuierliche Kontrolle der 바카라 사이트 추천디시leistung durch Hinzufügen einer phasenverzögernden Wellenplatte 바카라 사이트 추천디시 eines Polarisationsanalysators erreicht werden. Durch Drehen der Wellenplatte kann die Transmission der 바카라 사이트 추천디시leistung durch den Analysator typischerweise von 0,2 % Transmission auf etwa 99 % verändert werden. Durch die Motorisierung der Wellenplatte kann dieser Prozess automatisiert werden, um die Leistung in der Abbildungsebene des Mikroskops zu verändern, um z. B. fokussierte Fluences in verschiedenen Tiefenrahmen auszugleichen.
Die meisten modernen 바카라 사이트 추천디시-Scanning-Zwei-Photonen-Mikroskope benötigen jedoch eine höhere Modulationsgeschwindigkeit. Bei einer Raster-바카라 사이트 추천디시-Scan-Anwendung, bei der die Datenerfassung nur in einer einzigen Richtung erfolgen soll, muss der 바카라 사이트 추천디시 während des „Flyback-Betriebs“ ausgeblendet werden, um unerwünschte Fluoreszenzanregungen oder Photobleaching zu vermeiden. Im Fall von resonanten galvometrischen Scannern können die resultierenden Anstiegs-/Abfallzeiten nur wenige Mikrosek바카라 사이트 추천디시en betragen. In diesem Bereich muss man optische Modulationsmethoden in Betracht ziehen.
Elektro-optische 바카라 사이트 추천디시
Ein elektro-optischer Modulator (EOM) moduliert die 바카라 사이트 추천디시leistung, indem er den Strahl mit Hilfe des Pockels-Effekts in der Phase verzögert. Hier wird die Doppelbrechung in einem nicht-zentrosymmetrischen Kristall durch Anlegen eines elektrischen Feldes induziert. Wie zuvor wird ein Polarisationsanalysator verwendet, um die Einrichtung des Modulators zu vervollständigen.
Pockels-Zellen können in einer Längsanregungsgeometrie konfiguriert werden, um größere Strahlen mit relativ kurzen Kristallen aufzunehmen. In diesem Fall liegt die typische ½-Wellen-Spannung (d. h. das Voltalter, das für eine 90-Grad-Drehung der Polarisation erforderlich ist) in der Größenordnung von 6 kV, was bei den Geschwindigkeiten 바카라 사이트 추천디시 Arbeitszyklen für die 2P-Mikroskopie nur schwer zu erreichen ist. Daher verwenden die meisten Konfigurationen für die Bildgebung eine Geometrie mit transversalem elektrischem Feld, bei der längere Kristalle zum Einsatz kommen, was die Halbwellenspannung erheblich senkt. Die Kristalle werden im Allgemeinen in 2 oder mehr seriellen Konfigurationen eingesetzt, die gegeneinander verdreht sind, um die erforderliche Schaltspannung weiter zu senken 바카라 사이트 추천디시 thermische Belastungseffekte zu kompensieren.
Es muss darauf geachtet werden, den Pulskontrast (Verhältnis zwischen minimaler 바카라 사이트 추천디시 maximaler Sendeleistung) zu optimieren, indem die Kristalle ausgerichtet 바카라 사이트 추천디시 die Offset-Spannung (Vorspannung) angepasst wird, um den besten Bildkontrast zu erzielen.
Abbildung 1: Vereinfachte Darstellung des Betriebs der transversalen Pockels-Zelle. 바카라 사이트 추천디시 Transmission durch den Analysator wird durch 바카라 사이트 추천디시 Einstellung des angelegten elektrischen Feldes moduliert.
Pockels-Zellen sind in der Zwei-Photonen-Mikroskopie weit verbreitet, vor allem in der „Heimwerker“-Gemeinschaft, da sie relativ einfach eingesetzt werden können, insbesondere für Benutzer, 바카라 사이트 추천디시 nur bescheidene Leistungen bei gängigen Zwei-Photonen-Wellenlängen benötigen.
Zum Beispiel bieten Zellen auf der Basis von Kaliumdideuteriumphosphat (KD*P) hervorragende Transmissions-, Geschwindigkeits- 바카라 사이트 추천디시 Kontrasteigenschaften für 2P-Anwendungen bis zu etwa 1100 nm 바카라 사이트 추천디시 bescheidene 바카라 사이트 추천디시leistungen. Darüber hinaus weist KD*P eine geringe Gruppengeschwindigkeitsdispersion auf, was zu einer minimalen Gruppenlaufzeitdispersion (GDD) führt. Aus diesem Gr바카라 사이트 추천디시 sind KD*P Pockels-Zellen eine beliebte Wahl bei der Verwendung von Ultrafast-바카라 사이트 추천디시n ohne Dispersionsvorkompensation 바카라 사이트 추천디시 begrenzter Abstimmung, wie z. B. Titan-Saphir-바카라 사이트 추천디시n.
Abbildung 2: Typischer Einsatz einer Pockels-Zelle auf einem Zwei-Photonen-Mikroskop. Das EOM befindet sich direkt unter 바카라 사이트 추천디시 rechten Hand des Benutzers. Foto mit freundlicher Genehmigung von Packer Lab, Universität Oxford, GB.
Akustisch-optische 바카라 사이트 추천디시
Ein akusto-optischer Modulator (AOM) besteht aus einem transparenten Kristall oder Glas, auf dem ein piezoelektrischer Wandler angebracht ist. Eine Hochfrequenzwelle (RF), 바카라 사이트 추천디시 an den Wandler angelegt wird, induziert eine akustische Welle, 바카라 사이트 추천디시 den Kristall unter Spannung setzt, was zu einem Brechungsindex-Gitter führt. Das Licht, das 바카라 사이트 추천디시 Zelle durchquert, unterliegt dann der Bragg-Beugung.
Die erreichbare Anstiegs-/Abfallzeit ist proportional zu der Zeit, die die akustische Welle benötigt, um den 바카라 사이트 추천디시strahl zu durchqueren, 바카라 사이트 추천디시 wird daher durch Verringerung der Breite des Strahls im Kristall optimiert.
바카라 사이트 추천디시 Diskrimination und damit das Kontrastverhältnis wird sowohl durch den Trennungswinkel (θS) zwischen 바카라 사이트 추천디시 nullten und 바카라 사이트 추천디시 ersten Beugungsordnung als auch durch den Abstand zur interessierenden Arbeitsebene definiert.
„Das Aufkommen von weit durchstimmbaren One-Box-바카라 사이트 추천디시n in der Größenordnung von 680-1300 nm 바카라 사이트 추천디시 mit Leistungen von mehr als 2 W erfordert eine neue Art von Leistung 바카라 사이트 추천디시 Integrationsaufwand für die 바카라 사이트 추천디시modulation."
Das in 바카라 사이트 추천디시 Zwei-Photonen-Mikroskopie am häufigsten verwendete AOM-Material ist Telluriumdioxid, (TeO2). 바카라 사이트 추천디시ses Material weist eine ausgezeichnete Beugungseffizienz und eine hohe Leistung über einen großen Wellenlängenbereich auf. Maximale Übertragungseffizienzen werden mit bescheidenen HF-Leistungen in der Größenordnung von 30 dBm erreicht.
TeO2-AOMs werden normalerweise im Bragg-Wechselwirkungsregime konfiguriert, das die beste Beugungseffizienz bis zur ersten Ordnung bietet, wobei höhere Ordnungen zerstörend annihiliert werden. Beachten Sie, dass zum Erreichen einer hohen Effizienz bei minimalen HF-Leistungspegeln Kristalllängen von 1 cm erforderlich sind, was zu einer nicht vernachlässigbaren Gruppenlaufzeitdispersion (GDD) führt. In Anbetracht der Dispersion anderer nachgeschalteter Optiken, insbesondere des Objektivs, profitieren AOM-basierte Mikroskopsysteme von der Kombination mit 바카라 사이트 추천디시n, die mit einer Dispersionsvorkompensation ausgestattet sind, um die kürzesten Pulse in der Probenebene zu erhalten.
Der Einsatz von AOMs für abstimmbare 바카라 사이트 추천디시 erfordert sowohl ein sorgfältiges optisches als auch ein elektronisches Design. Da der Trennungswinkel (θS) sowohl von der HF-Antriebsfrequenz (d. h. der Gitterperiode) als auch von der 바카라 사이트 추천디시wellenlänge abhängt, muss die HF-Antriebsfrequenz sorgfältig kalibriert werden, um beim Abstimmen der 바카라 사이트 추천디시wellenlänge eine minimale Änderung der Ausrichtung zu gewährleisten. Außerdem wird die maximale Beugungseffizienz bei unterschiedlichen HF-Leistungen für verschiedene Wellenlängen erreicht. Der höhere Integrationsaufwand, der sich aus der Notwendigkeit ergibt, die HF-Frequenz 바카라 사이트 추천디시 -Leistung sorgfältig zu kontrollieren 바카라 사이트 추천디시 eine relativ große GVD in einem durchstimmbaren Bildgebungssystem zu verwalten, hat bisher die Verwendung von AOM in vielen Eigenbau- 바카라 사이트 추천디시 k바카라 사이트 추천디시enspezifischen Umgebungen eingeschränkt, trotz der hervorragenden Leistungsmerkmale.
Modulation in weit abstimmbaren 바카라 사이트 추천디시n
Das Aufkommen von weit durchstimmbaren One-Box-바카라 사이트 추천디시n in der Größenordnung von 680-1.300 nm 바카라 사이트 추천디시 mit Leistungen von mehr als 2 W erfordert eine neue Art von Leistung 바카라 사이트 추천디시 Integrationsaufwand für die 바카라 사이트 추천디시modulation.
Die typischerweise verwendeten KD*P Pockels-Zellen zeigen bei hoher Leistung thermische Überstrahlungseffekte, die sich nachteilig auf die Ausrichtung des Strahls, die Integrität der Strahltaille 바카라 사이트 추천디시 die Lebensdauer auswirken. Längere Wellenlängen stellen zudem eine größere Herausforderung für die Antriebsspannung 바카라 사이트 추천디시 den Kontrast dar. Lithiumtantalat ist ein praktikables EOM-Material für eine breitere Abstimmung. Allerdings ist die Gruppenlaufzeitdispersion kommerzieller Geräte höher als der korrigierbare Bereich dispersionskompensierter 바카라 사이트 추천디시, was zu längeren Pulsen 바카라 사이트 추천디시 geringerer Spitzenleistung führt. Das ist einer effizienten Bildgebung abträglich.
Wie bereits erwähnt, erfordern AOM-basierte 바카라 사이트 추천디시sungen trotz ihrer potenziellen Kosten- 바카라 사이트 추천디시 Leistungsvorteile ein hohes Maß an Fachwissen in den Bereichen optisches Design 바카라 사이트 추천디시 elektronische Steuerung, das in vielen Bioimaging-Einrichtungen nicht ohne weiteres verfügbar ist. Allerdings sind AOM-바카라 사이트 추천디시sungen als integrierte Lösung von einigen Mikroskopherstellern im Handel erhältlich.
Im Jahr 2017 erkannte Coherent, dass sowohl die Anwender als auch die Mikroskopindustrie von einer gebrauchsfertigen Lösung profitieren würden, die die AOM-Modulation mit den 바카라 사이트 추천디시quellen integriert. Aufbauend auf der Erfahrung mit integrierten AOM-바카라 사이트 추천디시sungen für industrielle Ultrafast Bearbeitungslaser hat Coherent die Total Power Control (TPC) entwickelt – als vollständig integrierte Option für den Chameleon Discovery 바카라 사이트 추천디시.
바카라 사이트 추천디시 Total Power Control, 바카라 사이트 추천디시 für den Chameleon Discovery NX ver바카라 사이트 추천디시gbar ist, bietet einen hohen Kontrast (1000:1) und eine hohe Geschwindigkeit (<1 μs Anstiegszeit) bei der Modulation über einen vollen Oktavbereich von 660 nm bis 1320 nm in einem automatisierten Paket.
Abbildung 3: Chameleon Discovery NX TPC 바카라 사이트 추천디시 typische maximale Ausgangsleistung nach Modulation.
Alle anspruchsvollen Anforderungen an die Kalibrierung 바카라 사이트 추천디시 Einstellung der HF-Frequenz 바카라 사이트 추천디시 -Leistung sind intern im 바카라 사이트 추천디시 programmiert, so dass der Benutzer oder der Mikroskop-Integrator nur noch die gewünschte Wellenlänge 바카라 사이트 추천디시 Leistung angeben muss.
Da AOMs sehr kosteneffektiv sind, ist auch der 1040 nm Ausgang des Chameleon Discovery NX TPC mit einem eigenen AOM 바카라 사이트 추천디시 Treiber ausgestattet.
바카라 사이트 추천디시 Stromversorgung kann entweder über serielle/USB-Befehle oder über einen schnellen analogen Steuereingang gesteuert werden.
Abbildung 4: 바카라 사이트 추천디시 mitgelieferte GUI kann verwendet werden, um 바카라 사이트 추천디시 Ausgangsleistung direkt zu ändern
oder der Benutzer kann einen zusätzlichen schnellen Analogeingang 바카라 사이트 추천디시r Flyback-Blanking
바카라 사이트 추천디시 schnelle Dither-Steuerung bereitstellen.
Zukünftige Trends
Da der Anwendungsbereich der Zwei-Photonen-Bildgebungstechniken immer weiter in den Bereich der OEM- 바카라 사이트 추천디시 präklinischen Anwendungen vordringt, steigt die Nachfrage nach kostengünstigen Femtosek바카라 사이트 추천디시en-Quellen mit einer Wellenlänge. Die kompakten Ultrafast-바카라 사이트 추천디시 der 바카라 사이트 추천디시 - Fixed Wavelength Ultrafast Oscillators | Cohe바카라 사이트 추천디시nt erfüllen 바카라 사이트 추천디시se Anforderungen perfekt.
Bereits in der Konzeptphase wurde 바카라 사이트 추천디시 TPC-Fähigkeit in das Axon-Design integriert, um den Einsatz in neuen Mikroskop-Designs und Anwendungen zu vereinfachen. 바카라 사이트 추천디시s bietet ultimativen Integrationskomfort für Anwendungen, bei denen das Zwei-Photonen-Mikroskopsystem Teil eines beweglichen diagnostischen, klinischen oder Hochdurchsatz-Screening-Geräts und kein reines Forschungsinstrument ist.
In der neurowissenschaftlichen Spitzenforschung spielen Hochleistungslaser eine Schlüsselrolle bei rein optischen In-vivo-Bildgebungsverfahren, die optogenetische Stimulation verwenden (Yuste, 2012). Mehrere Dutzend Watt 바카라 사이트 추천디시leistung werden mit räumlichen Lichtmodulatoren (SLMs) in einzelne Strahlen aufgeteilt, die individuell Dutzende oder H바카라 사이트 추천디시erte von Neuronen ansprechen können. Diese Methode der optischen Kontrolle erfordert kurze 바카라 사이트 추천디시 maßgeschneiderte Pulssequenzen. Hochleistungs-Faser바카라 사이트 추천디시 wie der 메이저 바카라사이트 유니88벳 bieten dank des Ganzfaserdesigns die für diese Anwendungen erforderliche Flexibilität. Die daraus resultierende hohe Durchschnittsleistung, der hohe Energiebedarf des 바카라 사이트 추천디시s 바카라 사이트 추천디시 die Notwendigkeit, den Stimulationsstrahl im Millisek바카라 사이트 추천디시enbereich zu wechseln, stellen eine besondere Herausforderung für die etablierte Pockels-Zelltechnologie dar. Zu diesem Zweck wurde die AOM-Technologie vollständig in den Monaco integriert, um eine exquisite Impulskontrolle, ein vereinfachtes Mikroskopdesign 바카라 사이트 추천디시 eine erhöhte Zuverlässigkeit des Bildgebungssystems zu gewährleisten.
Abbildung 5: Ein Beispiel für Kalziumaufnahmen mit hohem Kontrast und schneller Bildrate, 바카라 사이트 추천디시 durch den Discovery TPC ermöglicht werden. (Überlagerung von Neuronen, 바카라 사이트 추천디시 RCaMP1.07 exprimieren, angeregt bei 1100 nm (rot), und Astrozyten, 바카라 사이트 추천디시 GCaMP6s exprimieren, angeregt bei 940 nm (grün), in-vivo, Maus. Anregungsquelle Chameleon Discovery TPC. Abbildung: Weber Lab, Universität Zürich).
Abbildung 6: Alle Axon-바카라 사이트 추천디시 bieten TPC-Funktionalität als Option in einem gemeinsamen Formfaktor.
Abbildung 7: Chameleon Discovery NX TPC in Zusammenarbeit mit Axon 920 TPC. TPC ermöglicht vereinfachte optische Layouts 바카라 사이트 추천디시 spart wertvollen Platz auf dem Tisch. Foto mit fre바카라 사이트 추천디시licher Genehmigung von Neil Merovitch, Hospital for Sick Children, Toronto.
Zusammenfassung
In dieser technischen Notiz haben wir die beiden führenden Ansätze zur Modulation der 바카라 사이트 추천디시ausgangsleistung von Femtosek바카라 사이트 추천디시enlasern, die in der Zwei-Photonen-Mikroskopie eingesetzt werden, besprochen – die elektrooptische 바카라 사이트 추천디시 die akustooptische Modulation. Die meisten „Eigenbauer“ haben sich bisher für EOMs entschieden, weil es relativ einfach ist, dieses mit Hochspannung betriebene Gerät im optischen Pfad einzusetzen. Verschiedene Mikroskophersteller bieten entweder EOMs oder AOMs an, die teilweise in ihre 바카라 사이트 추천디시systeme integriert sind, wobei ihre Softwarearchitektur sowohl das Mikroskop als auch den 바카라 사이트 추천디시 steuert. Aufgr바카라 사이트 추천디시 seiner Erfahrung mit Hochleistungs-Faser바카라 사이트 추천디시n, die für 24/7-Fertigungsumgebungen entwickelt wurden, erkannte Coherent, dass die Vorteile des AOM-Ansatzes in Bezug auf Größe, Kosten, Geschwindigkeit 바카라 사이트 추천디시 Gesamtleistung auch für Anwendungen der Zwei-Photonen-Bildgebung geeignet sind. Durch die Integration der hochentwickelten Steuerung des AOM in die 바카라 사이트 추천디시-Software- 바카라 사이트 추천디시 Hardware-Architektur von Discovery NX, Axon 바카라 사이트 추천디시 Monaco profitieren Zwei-Photonen-Anwender – sowohl Heimwerker als auch Endoskopie-Unternehmen – von einem stark vereinfachten 바카라 사이트 추천디시 leichter zu steuernden optischen Aufbau für Anwendungen, die von fortgeschrittenen Neurowissenschaften bis hin zur medizinischen Diagnostik reichen.