Làsers de semiconductors polsats de picosegons per a la resolució de temps

Dissenyat i fabricat per Becker & Hickl - bh ofereix làsers semiconductors de díode polsat de picosegons en longituds d'ona que van des dels UV fins al NIR. Tots els làsers de semiconductors polsats de picosegons bh estan disponibles amb una font d'alimentació de +12V senzilla o des del port USB d'un ordinador o portàtil. Altres característiques inclouen freqüències de repetició elevades, amplades de pols curtes, temps i estabilitat de potència sense precedents i nivells de soroll elèctric extremadament baixos. L'electrònica d'accionament completa està integrada al mòdul làser. Tots els mòduls làser de semiconductors bh són directament compatibles amb els mòduls bh TCSPC. Obteniu més informació sobre les diferents aplicacions dels productes, especialment en sistemes TCSPC, en aquesta pàgina.
Quines són les aplicacions dels làsers de pols ultracurt?
Una de les àrees d'aplicació més importants dels làsers de pols ultracurt és la tècnica d'escaneig d'imatges de fluorescència per a tota la vida (FLIM). Concretament, la tècnica TCSPC-FLIM es basa en utilitzar un feix làser polsat d'un làser semiconductor polsat per escanejar una mostra a una velocitat de repetició elevada i, a continuació, detectar fotons únics del senyal de fluorescència retornat de la mostra. Cada fotó està determinat pel seu temps en el cicle del pols làser i la posició del punt làser a l'àrea escanejada en el moment de la detecció. El procés d'enregistrament crea una distribució de fotons sobre aquests paràmetres. El resultat es pot veure com una disposició de píxels, cadascun conté una corba completa de decadència de fluorescència en un gran nombre de canals de temps.
El FLIM oftàlmic és una de les àrees d'aplicació dels làsers polsats. El requisit bàsic per a aquesta aplicació és l'excitació de l'ull humà mitjançant un làser semiconductor de picosegons.
El feix generat pel làser semiconductor es projecta directament a la pupil·la de l'ull del pacient. La fluorescència que torna del fons de l'ull (fundus) es detecta en dos canals de longitud d'ona.
Aquesta llum és capturada pel mòdul FLIM, processada i avaluada durant la imatge. Les dades obtingudes d'aquesta manera ofereixen als metges l'oportunitat de reconèixer la malaltia ocular precoç molt més ràpidament que els mètodes disponibles actualment. Així, els làsers de semiconductors polsats poden ser de gran ajuda en la detecció i el tractament precoç, millorant en definitiva la qualitat de vida dels pacients.
La caixa làser quàdruple LHB-104, també coneguda com a "central làser", conté fins a quatre làsers BDS-SM. Els feixos dels làsers individuals es combinen per formar una única sortida de feix lliure o una sortida acoblada per fibra d'un sol mode. Una caixa conté l'electrònica de control equivalent a les caixes de commutació làser LSB-C i LSB-C2. A més, la caixa làser conté electrònica de multiplexació de longitud d'ona, entrades de senyal de control i sortides de senyal de sincronització del mòdul TCSPC.
Becker & Hickl pot oferir una àmplia gamma de làsers per a diferents finalitats. Dos exemples en particular val la pena esmentar aquí:
Làser de mode únic (BDS-SM)
Làser multimode (BDS-MM)
A causa del seu rang visible, els làsers SM i MM són adequats per a aplicacions especials. Aquests inclouen l'excitació de diversos fluoròfors i altres mostres biològiques, tal com es descriu a continuació.
Dos exemples de làsers semiconductors polsats de picosegons
Els làsers BDL i BDS de bh estan dissenyats per a aplicacions de microscòpia d'escaneig làser. Disposen d'una entrada de control ràpida d'encesa/apagada que apaga el làser durant el vol del feix de l'escàner i multiplexa múltiples làsers de diferents longituds d'ona.
Làsers de la sèrie BDS-SM
Els làsers BDS-SM són mòduls petits que mesuren només 40 mm x 70 mm x 120 mm. Els làsers contenen tota l'electrònica de la unitat. Com és habitual, s'alimenten amb una senzilla +12 V. Els làsers semiconductors de picosegons BDS proporcionen una sortida de fibra de feix lliure i monomode. L'amplada de pols és d'uns 50 a 90 ps i la freqüència de repetició de pols es pot canviar entre 80 MHz, 50 MHz, 20 MHz i CW. Imatges
Totes les longituds d'ona de làser de semiconductors típiques de 375 nm a 785 nm estan disponibles, altres longituds d'ona també estan disponibles a petició. Els làsers BDS utilitzen el mateix principi d'accionament que els làsers BDL-SMN. Com a resultat, es pot obtenir una gran potència òptica amb una bona forma de pols, tal com es mostra a la figura següent. La potència de sortida s'estabilitza mitjançant un bucle de regulació intern i permet un canvi ràpid. El làser té una sortida de sincronització al mòdul bh TCSPC i una entrada de disparador per a la sincronització amb altres làsers polsats.
Làsers de la sèrie BDS-MM
El làser BDS-MM és una versió multimode del làser BDS-SM. Depenent de la versió de longitud d'ona, la potència equivalent en CW a una freqüència de repetició de 50 MHz pot arribar a ser de 20 a 50 mW. En la majoria dels casos, la forma del pols es manté lliure de cues i polsos posteriors de fins a més de 10 mW. Tanmateix, s'han hagut de fer alguns compromisos: a causa de les limitacions del consum d'energia, els làsers MM no tenen modes continus i la llum és difícil d'enfocar a la fibra. Si és possible, els làsers BDS-MM s'han d'utilitzar amb òptica de feix lliure o, si l'acoblament de fibres és inevitable, amb fibres multimode amb diàmetres de nucli de 200 μm o més.
Aplicacions i tècniques més particularment interessants per a làsers semiconductors polsats de picosegundo
Com es mostra anteriorment, els làsers semiconductors polsats de picosegundo de bh tenen molts avantatges que obren una àmplia gamma d'aplicacions. Alguns d'aquests es mostraran aquí.
Làser semiconductor polsat de picosegons per a FLIM amb multiplexació de longitud d'ona d'excitació
FLIM es pot combinar amb la multiplexació de longitud d'ona d'excitació. A continuació es mostra una extensió d'aquest principi a FLIM. L'excitació a diferents longituds d'ona es realitza mitjançant la multiplexació (interrupció d'encesa/desactivació) de múltiples làsers o canviant les longituds d'ona del filtre ajustable acústo-òptic (AOTF) d'un làser de supercontinu. El senyal de multiplexació que indica quin làser (o longitud d'ona làser) està activa s'alimenta a l'entrada d'encaminament del mòdul TCSPC. El senyal indica la longitud d'ona d'excitació.
El mòdul TCSPC està executant el procés normal d'adquisició FLIM: crea una distribució de fotons sobre les coordenades de l'àrea escanejada, el temps de fotons i la longitud d'ona d'excitació. El resultat és un conjunt de dades que conté imatges de longituds d'ona d'excitació individuals. També es pot interpretar com una única imatge que té múltiples corbes de decadència en els seus píxels per a diferents longituds d'ona d'excitació.
Làser semiconductor polsat de picosegons per a imatges metabòliques
Com a exemple d'una aplicació molt important dels làsers de pols ultracurt, aquí s'esmenta la imatge metabòlica. Es basa en l'adquisició simultània d'imatges de fluorescència durant tota la vida de NAD(P)H i FAD per minimitzar els efectes del fotoblanqueig, la deriva del focus i els possibles canvis fisiològics. Això es pot obtenir mitjançant multiplexació làser i multiplexació TCSPC. Els senyals en els dos intervals de longitud d'ona d'emissió es registren per dos canals FLIM paral·lels. El component principal és el sistema FLIM d'escaneig confocal bh DCS-120. Per tant, el FLIM metabòlic que utilitza el DCS-120 només requereix l'ús del làser correcte i la selecció dels paràmetres de configuració correctes.
La figura adjacent il·lustra el rendiment del sistema utilitzant cèl·lules de la bufeta humana. Les imatges tm, les imatges a1 i les imatges FLIRR poden distingir entre cèl·lules normals i tumorals. Les dades obtingudes de la imatge metabòlica són inestimables per a la teràpia.
FLIM/PLIM sincronitzat mitjançant làsers de pols ultracurt
A més, els làsers de semiconductors polsats de picosegons són un component clau del FLIM/PLIM sincronitzat.
A diferència d'altres tècniques, no s'utilitzen un, sinó diversos polsos làser per cicle d'excitació de fosforescència.
El làser d'excitació d'un sistema FLIM es modula amb cicles en el rang de microsegons o mil·lisegons.
El sistema genera imatges FLIM basades en el temps de fotons en el cicle de pols làser i imatges PLIM del temps en el cicle de modulació. La figura adjacent il·lustra el principi.
Làser semiconductor polsat de picosegons i multiplexació espacial
Per a la tomografia òptica difusa (DOT) s'utilitza una combinació de multiplexació de longitud d'ona i multiplexació espacial. El principi s'il·lustra a la figura següent. Diversos feixos làser semiconductors de picosegundo es combinen en una sola fibra i es multiplexen. La fibra amb el làser combinat es connecta a l'entrada d'un interruptor de fibra òptica o es divideix en seccions connectades a diversos interruptors de fibra òptica. L'interruptor de fibra multiplexa la llum làser (que consta de diverses longituds d'ona làser multiplexades) contínuament en un gran nombre de fibres que proporcionen la llum a diferents ubicacions de la mostra.
La llum de transmissió difusa és registrada per un gran nombre de detectors en altres llocs de la mostra. Els senyals del detector s'enregistren mitjançant mòduls TCSPC paral·lels amb entrades de "canal" per gravar senyals de diferents ubicacions de font i longituds d'ona làser en diferents blocs de memòria de formes d'ona. Per augmentar el nombre de posicions del detector, la configuració es pot ampliar mitjançant un encaminador.