用于非線(xiàn)性成像應(yīng)用的可調(diào)諧中紅外光纖激光器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種顯微鏡系統(tǒng)，包括：鎖模光纖激光器(110)，配置為用于輸出具有中心波長(zhǎng)的脈沖；非線(xiàn)性波導(dǎo)(120)，配置為用于對(duì)來(lái)自所述鎖模光纖激光器的脈沖波長(zhǎng)進(jìn)行偏移；光纖放大器(130)，配置為用于對(duì)來(lái)自所述第一非線(xiàn)性波導(dǎo)的輸出進(jìn)行放大；二次諧波發(fā)生器(140)，配置為用于產(chǎn)生飛秒脈沖，所述飛秒脈沖的光頻率為來(lái)自光纖放大器的輸出的兩倍；以及顯微鏡成像系統(tǒng)(150)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于非線(xiàn)性成像應(yīng)用的可調(diào)諧中紅外光纖激光器
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2014年I月7日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61/924，629的優(yōu)先權(quán)，該臨時(shí)申請(qǐng)的內(nèi)容通過(guò)引用并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及非線(xiàn)性成像，特別是顯微鏡應(yīng)用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0004]非線(xiàn)性成像尤其是雙光子成像系統(tǒng)，為當(dāng)今醫(yī)療和生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室中的作坊(workhouse)。
[0005]非線(xiàn)性成像系統(tǒng)由一條或多條激發(fā)和檢測(cè)光束路徑以及處理單元組成。激發(fā)光束路徑包括激光、形成光束的光學(xué)器件(即擴(kuò)束器)、二維掃描單元、用于將光束中繼到物鏡背孔上的一組光學(xué)器件。顯微鏡物鏡將光束聚焦到樣品上。掃描單元用于在樣品上創(chuàng)建二維掃描圖案，以通過(guò)聚焦體積照明感興趣區(qū)域。從樣品向后或者向前散射的光線(xiàn)由高NA物鏡收集，并且通過(guò)波長(zhǎng)選擇性分束器或?yàn)V波器與激發(fā)光線(xiàn)分離。該光線(xiàn)接著由一個(gè)或多個(gè)光檢測(cè)器檢測(cè)到。處理單元從各個(gè)記錄的像素中重構(gòu)圖像。
[0006]非線(xiàn)性激發(fā)控制高峰值強(qiáng)度，其將激發(fā)體積限制到顯微鏡物鏡的焦點(diǎn)。這允許深度分辨測(cè)量。雙光子顯微鏡相比標(biāo)準(zhǔn)熒光或共焦顯微鏡的另一優(yōu)點(diǎn)在于其激發(fā)波長(zhǎng)約為標(biāo)準(zhǔn)熒光或共焦顯微鏡的兩倍長(zhǎng)。長(zhǎng)波長(zhǎng)激發(fā)具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn):1.由于在致密的介質(zhì)中，如在人體組織中，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，散射越少，因此其允許更深入樣品的成像。2.使用近紅外光的激發(fā)降低了樣品的光毒性(photo toxicity)以及光漂白(photo bleaching)。
[0007]大的感興趣區(qū)域?yàn)閷?duì)標(biāo)記有熒光蛋白，如綠色熒光蛋白和黃色熒光蛋白(分別表示GFP和YFP)、或熒光探針(mCheery)的樣品成像。通常這些蛋白質(zhì)是在樣品中基因編碼的。這些熒光團(tuán)在高于950nm的波長(zhǎng)區(qū)域中表現(xiàn)出很強(qiáng)的激發(fā)截面。
[0008]通過(guò)使用鎖模鈦藍(lán)寶石激光器，能夠產(chǎn)生高達(dá)1050nm的波長(zhǎng)。然而，這些激光器復(fù)雜且昂貴，通常為進(jìn)入該領(lǐng)域的高壁皇。此外，鈦藍(lán)寶石(TiSa)的增益最大值在SOOnm處，并且當(dāng)接近950nm時(shí)增益曲線(xiàn)快速下降，這限制了在950nm及高于950nm處可獲得的功率。
[0009]因此，需要一種節(jié)約成本的激光系統(tǒng)，其能夠使用波長(zhǎng)高于950nm的短脈沖來(lái)產(chǎn)生高輸出功率。
[0010]—種相當(dāng)新興的成像技術(shù)部署了三光子激發(fā)。上面提到的長(zhǎng)波長(zhǎng)以及非線(xiàn)性激發(fā)的所有優(yōu)點(diǎn)同樣適用于三光子成像。使用1500nm和2000nm之間的激發(fā)波長(zhǎng)。其優(yōu)點(diǎn)為，相比雙光子激發(fā)的情形，激發(fā)光線(xiàn)的散射更少。減少的散射允許在高散射組織中進(jìn)行更深的成像。去到越來(lái)越高階的非線(xiàn)性激發(fā)的缺點(diǎn)為大大減少了激發(fā)橫截面。因此，利用哪種技術(shù)需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)來(lái)謹(jǐn)慎決定。
[0011]在活細(xì)胞中使用的另一種重要的技術(shù)為光活化。光活化的一個(gè)例子為，在細(xì)胞或細(xì)胞的一部分暴露于強(qiáng)光時(shí)，將某些物質(zhì)釋放進(jìn)細(xì)胞中。用于此應(yīng)用的另一術(shù)語(yǔ)可為解籠鎖(uncaging)。光活化的第二個(gè)例子為光學(xué)門(mén)控離子通道(light-gated 1n channels)。通道視紫紅質(zhì)(Channelrhodopsins)經(jīng)常用來(lái)使光線(xiàn)能夠控制電興奮性、細(xì)胞內(nèi)的酸性、I丐內(nèi)流以及其它細(xì)胞過(guò)程。通道視紫紅質(zhì)能夠在單光子步驟中使用綠光(540nm)來(lái)活化，或如果人們想要活化深層組織，則能夠在雙光子步驟中使用上述亮度的光線(xiàn)來(lái)活化。
[0012]通常希望在光活化發(fā)生后通過(guò)雙光子顯微鏡來(lái)觀察樣品并且按時(shí)間分辨記錄某些細(xì)胞功能。光活化和之后拍攝的圖像之間的精確同步(〈lOOps)是關(guān)鍵。此外，重要的是，能夠在光活化之后立即以不同于活化波長(zhǎng)的波長(zhǎng)來(lái)拍攝圖像，而沒(méi)有任何的停機(jī)時(shí)間，例如由激光光源的調(diào)諧所引起的。
[0013]因此，具有同時(shí)發(fā)射兩種波長(zhǎng)的激光器是有利的。
[0014]所述具有同步雙波長(zhǎng)輸出的激光器系統(tǒng)的另一用途為受激相干拉曼成像(Stimulated Coherent Raman Imaging)或相干反斯托克斯拉曼成像(Coherent Ant1-Stokes Raman Imaging)。拉曼成像提供了無(wú)需使用焚光團(tuán)或染料來(lái)標(biāo)記樣品的特異性。拉曼成像一般利用分子獨(dú)特的轉(zhuǎn)動(dòng)以及振動(dòng)的級(jí)結(jié)構(gòu)來(lái)提供分析樣品方面的特異性。然而，自發(fā)拉曼散射為低概率事件，因此信號(hào)強(qiáng)度通常較低。但是，在存在兩個(gè)強(qiáng)驅(qū)動(dòng)光場(chǎng)的情形中，拉曼信號(hào)能夠增強(qiáng)幾個(gè)數(shù)量級(jí)，這兩個(gè)強(qiáng)驅(qū)動(dòng)光場(chǎng)通常由兩個(gè)鎖模激光器來(lái)提供。需要將兩個(gè)光場(chǎng)之間的波長(zhǎng)差調(diào)諧至內(nèi)分子級(jí)結(jié)構(gòu)的躍迀頻率，以使信號(hào)增強(qiáng)。此外，兩個(gè)激光脈沖在樣品上必須空間以及時(shí)間重疊。因此，具有這樣一種激光光源是有利的，該激光光源具有兩個(gè)緊密同步的輸出并且在兩個(gè)輸出之間允許可調(diào)諧的波長(zhǎng)差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的實(shí)施例提供一種飛秒光纖激光器以及可調(diào)諧波長(zhǎng)偏移方法，所述飛秒光纖激光器處于1550nm附近的電信頻帶處，所述可調(diào)諧波長(zhǎng)偏移方法將脈沖波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換至銩或鈥摻雜光纖的放大頻帶(約2000nm)。該方法提供了兩個(gè)優(yōu)點(diǎn):(a)近年來(lái)，1550nm處的飛秒激光器已經(jīng)發(fā)展成為可靠且穩(wěn)定的系統(tǒng)，并且商業(yè)上可從幾家公司購(gòu)得，以及(b)能夠調(diào)諧系統(tǒng)中的波長(zhǎng)偏移量，這使得能夠調(diào)節(jié)該光源的最終輸出波長(zhǎng)。通過(guò)使用1800nm至2100nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光纖放大器能夠按比例放大輸出平均功率。來(lái)自所述放大器的輸出接著在非線(xiàn)性介質(zhì)中進(jìn)行頻率倍增，以覆蓋從950nm至1050nm的生物感興趣波長(zhǎng)范圍。
[0016]本發(fā)明的另一實(shí)施例提供了一種用于操作成像系統(tǒng)的方法，所述成像系統(tǒng)包括:鎖模光纖激光器，配置為用于輸出具有中心波長(zhǎng)的脈沖;第一非線(xiàn)性波導(dǎo)，配置為用于對(duì)來(lái)自所述鎖模光纖激光器的脈沖波長(zhǎng)進(jìn)行偏移;第一光纖放大器，配置為用于將來(lái)自所述第一鎖模光纖激光器的輸出放大;第一光纖放大器，配置為用于將來(lái)自所述第一非線(xiàn)性波導(dǎo)的輸出放大；以及非線(xiàn)性介質(zhì)，配置為用于將來(lái)所述第一光纖放大器的輸出進(jìn)行頻率倍增，所述方法包括:從所述第一非線(xiàn)性波導(dǎo)的輸出、所述第一光纖放大器的輸出或所述非線(xiàn)性介質(zhì)的輸出中接收反饋;以及調(diào)節(jié)所述第一光纖放大器的增益、光偏振、或所述第一非線(xiàn)性波導(dǎo)中的波長(zhǎng)偏移量，以?xún)?yōu)化圖像亮度以及質(zhì)量。
[0017]在另一實(shí)施例中，將來(lái)自1550鎖模激光器(410)的光分成兩臂。在一個(gè)臂中，將光線(xiàn)偏移到銩和鈥摻雜光纖(2000nm附近)的放大頻帶并且接著進(jìn)行頻率倍增。另一臂在進(jìn)行頻率倍增之前在鉺摻雜光纖放大器(EDFA)中進(jìn)行放大。該實(shí)施例在760nm至1050nm的雙光子激發(fā)窗口中的兩個(gè)不同波長(zhǎng)處產(chǎn)生兩個(gè)精確同步的激光脈沖。
[0018]本發(fā)明的另一實(shí)施例提供一種三光子顯微鏡系統(tǒng)，包括:鎖模光纖激光器，配置為用于輸出具有中心波長(zhǎng)的脈沖;非線(xiàn)性波導(dǎo)，配置為用于對(duì)來(lái)自所述鎖模光纖激光器的脈沖波長(zhǎng)進(jìn)行偏移;光纖放大器，配置為用于將來(lái)自所述第一非線(xiàn)性波導(dǎo)的輸出放大；以及顯微鏡成像系統(tǒng)。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的成像系統(tǒng)的框圖；
[0020]圖2為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的成像系統(tǒng)的框圖；
[0021 ]圖3為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的成像系統(tǒng)的框圖；
[0022]圖4為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的成像系統(tǒng)的框圖；
[0023]圖5為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的成像系統(tǒng)的框圖；
[0024]圖6為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的成像系統(tǒng)的框圖；
[0025]圖7為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的成像系統(tǒng)的框圖；
[0026]圖8為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的成像系統(tǒng)的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]根據(jù)本發(fā)明原理的說(shuō)明性實(shí)施例描述旨在結(jié)合附圖閱讀，所有附圖被當(dāng)作整個(gè)書(shū)面說(shuō)明的一部分。在本文公開(kāi)的本發(fā)明實(shí)施例的描述中，任何涉及到方向或取向僅僅用于方便描述，而并不旨在以任何方式來(lái)限制本發(fā)明的范圍。相對(duì)性術(shù)語(yǔ)如“下”、“上”、“水平”、“垂直”、“在上方”、“在下方”、“向上”、“向下”以及它們的衍生詞(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)應(yīng)當(dāng)解釋為指如接著描述或如正在討論的附圖中所示的取向。這些相對(duì)性術(shù)語(yǔ)僅僅是為了方便描述，而并不要求以特定的取向構(gòu)造或操作裝置，除非另有指明為這樣。如“附接”、“附著”、“連接”、“耦合”、“互連”及類(lèi)似的術(shù)語(yǔ)表示這樣一種關(guān)系，其中結(jié)構(gòu)直接或通過(guò)中間結(jié)構(gòu)間接地彼此固定或附接，以及兩者為可移動(dòng)或剛性附接的關(guān)系，除非另有明確描述。此外，本發(fā)明的特征和益處是通過(guò)引用示例性實(shí)施例進(jìn)行描述的。因此非常明顯，本發(fā)明不應(yīng)限制為此類(lèi)示例性實(shí)施例，其描述一些可能的非限制性的特征組合，這些特征可單獨(dú)存在或者以其它的特征組合方式存在;本發(fā)明的保護(hù)范圍由所附權(quán)利要求限定。
[0028]本公開(kāi)描述了如目前所預(yù)期的實(shí)施本發(fā)明的一種或多種最佳模式。該描述并不旨在從限制的意義上去理解，而是僅為了說(shuō)明性目的而提供通過(guò)參考相應(yīng)附圖來(lái)呈現(xiàn)的本發(fā)明的示例，以向本領(lǐng)域技術(shù)人員建議本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和結(jié)構(gòu)。在附圖的不同視圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同或者類(lèi)似的部分。
[0029]多光子成像
[0030]如圖1所示，本發(fā)明的一實(shí)施例為包括四個(gè)關(guān)鍵組件的系統(tǒng)。第一個(gè)組件為鎖模光纖激光器(MLFL) (110)，其支持短于Ips的變換極限脈沖寬度以及1500nm和1650nm之間的中心波長(zhǎng)。MLFL(IlO)基于摻雜光纖而構(gòu)造，作為增益介質(zhì)以及鎖模機(jī)構(gòu)。將光纖激光器的輸出耦合進(jìn)非線(xiàn)性波導(dǎo)1(120)中，非線(xiàn)性波導(dǎo)1(120)通過(guò)稱(chēng)為拉曼孤子自頻移的過(guò)程將其波長(zhǎng)偏移到長(zhǎng)于170011111且短于280011111的波長(zhǎng)。在一個(gè)實(shí)施例中，非線(xiàn)性波導(dǎo)1(120)具有輸入脈沖波長(zhǎng)處的反常色散以及大于1W—1Iaif1的非線(xiàn)性系數(shù)。第三級(jí)，光纖放大器1(130)，其為工作在1700nm和2800nm之間的波長(zhǎng)區(qū)域中的光纖放大器，例如，基于銩(Thulium)和/或鈥(Holmium)摻雜光纖的放大器系統(tǒng)。在一些實(shí)施例中，光纖放大器1(130)為雙級(jí)或多級(jí)放大器。在一些實(shí)施例中，除了放大它們的能量外，通過(guò)如自相位調(diào)制等非線(xiàn)性過(guò)程和/或壓縮脈沖，光纖放大器1(130)還增加了額外的光譜帶寬。將放大器輸出耦合進(jìn)非線(xiàn)性介質(zhì)(140)中。該介質(zhì)被設(shè)計(jì)用于通過(guò)如二次諧波產(chǎn)生(頻率加倍)或三次諧波產(chǎn)生等非線(xiàn)性過(guò)程來(lái)改變輸入脈沖的輸出頻率。
[0031]在一個(gè)實(shí)施例中，非線(xiàn)性介質(zhì)能夠是大體積的非線(xiàn)性晶體，如ΒΒ0。
[0032]在另一實(shí)施例中，非線(xiàn)性介質(zhì)能夠是周期性極化非線(xiàn)性晶體。
[0033]所產(chǎn)生的脈沖具有在900nm和1350nm之間的中心波長(zhǎng)并且能夠用于使用此范圍內(nèi)的激發(fā)波長(zhǎng)來(lái)激發(fā)例如熒光標(biāo)記或染料。將這些脈沖送進(jìn)顯微鏡系統(tǒng)(150)中。
[0034]如圖2所示，在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，能夠?qū)⒁韵陆M件中的一個(gè)或多個(gè)增加至系統(tǒng)，以改進(jìn)其性能。
[0035]光纖放大器2(260):光纖放大器能夠包含在MLFL(210)和非線(xiàn)性波導(dǎo)I (220)之間。該放大器具有在從1500nm至1650nm的波長(zhǎng)區(qū)域中的增益，例如，鉺摻雜的光纖放大器。該放大器具有三個(gè)功能。第一，其將功率從低功率的MLFL提升到拉曼自頻移過(guò)程所需的水平。第二，其將來(lái)自鎖模振蕩器的脈沖進(jìn)行壓縮，這改進(jìn)了頻移過(guò)程的效率，使得對(duì)于頻移脈沖來(lái)說(shuō)，脈沖能量增加或脈沖寬度減少。第三，通過(guò)調(diào)節(jié)放大器的增益，其提供用于調(diào)節(jié)波長(zhǎng)偏移量的機(jī)構(gòu)。波長(zhǎng)調(diào)節(jié)用于調(diào)諧倍頻光的輸出。
[0036]偏振控制器I (250):該設(shè)備為在MLFL(210)和非線(xiàn)性波導(dǎo)I (220)之間插入的手動(dòng)或自動(dòng)偏振控制器。該偏振控制器用作為第二調(diào)整機(jī)構(gòu)，用于控制通過(guò)自頻移過(guò)程的波長(zhǎng)偏移量。自動(dòng)化控制器能夠用于將波長(zhǎng)動(dòng)態(tài)調(diào)諧至光譜中的一所需點(diǎn)，以增加穩(wěn)定性。
[0037]在一些實(shí)施例中，使用偏振保持光纖(polarizat1n maintaining fiber)來(lái)構(gòu)造MLFL(210)以及光纖放大器2(260)。在這些情形中，僅通過(guò)使用光纖放大器2(260)的增益來(lái)調(diào)節(jié)波長(zhǎng)偏移。
[0038]值得注意的是，在一個(gè)實(shí)施例中，偏振控制器1(250)能夠直接置于鎖模光纖激光器(210)后或置于光纖放大器2(260)和非線(xiàn)性波導(dǎo)1(220)之間。
[0039]色散元件1(270):為了在進(jìn)入光纖放大器1(230)的脈沖上產(chǎn)生所需量的啁啾，該組件包含在非線(xiàn)性波導(dǎo)1(220)之后。該組件包括色散裝置，包括但不限于光波導(dǎo)、啁啾布拉格光柵、棱鏡對(duì)、以及衍射光柵對(duì)。在一些實(shí)施例中，色散值被設(shè)計(jì)為，通過(guò)該色散和放大器的非線(xiàn)性之間的相互作用，將來(lái)自光纖放大器1(230)的輸出脈沖壓縮至最短的持續(xù)時(shí)間。在其它實(shí)施例中，為了減少放大器中的非線(xiàn)性效應(yīng)，色散元件I被設(shè)計(jì)來(lái)增加脈沖持續(xù)時(shí)間。在此類(lèi)情形中，通過(guò)使用色散元件2來(lái)重新壓縮脈沖(見(jiàn)下文)。
[0040]偏振控制器2(290):該組件調(diào)節(jié)脈沖在進(jìn)入光纖放大器I之前的偏振態(tài)。通過(guò)控制偏振態(tài)，能夠調(diào)節(jié)光纖放大器I中的有效非線(xiàn)性，其用于優(yōu)化光纖放大器I中的非線(xiàn)性脈沖壓縮。
[0041]在一些實(shí)施例中，使用偏振保持光纖來(lái)構(gòu)造光纖放大器1(230)。在這些情形中，通過(guò)使用光纖放大器I (230)的增益來(lái)調(diào)節(jié)光纖放大器I中的非線(xiàn)性。
[0042]值得注意的是，在一個(gè)實(shí)施例中，偏振控制器2(290)能夠直接置于非線(xiàn)性波導(dǎo)I(220)之后或置于色散元件1(270)和光纖放大器1(230)之間。
[0043]色散元件2(280):該組件包含在非線(xiàn)性介質(zhì)之前，作為用于對(duì)在進(jìn)入非線(xiàn)性介質(zhì)(240)的脈沖上的啁啾量進(jìn)行調(diào)節(jié)的機(jī)構(gòu)。該組件包括色散裝置，包括但不限于光波導(dǎo)、啁啾布拉格光柵、棱鏡對(duì)、以及衍射光柵對(duì)。
[0044]偏振控制器3(291):該組件包含在非線(xiàn)性介質(zhì)(240)之前，作為用于對(duì)進(jìn)入非線(xiàn)性介質(zhì)(240)的脈沖的偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)的機(jī)構(gòu)，以?xún)?yōu)化倍頻過(guò)程的效率。
[0045]在一些實(shí)施例中，使用偏振保持光纖來(lái)構(gòu)造光纖放大器1(230)，并且進(jìn)入非線(xiàn)性介質(zhì)(240)的光偏振為線(xiàn)性的。在此類(lèi)情形中，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)自光纖放大器1(230)的輸出光纖的取向，能夠簡(jiǎn)單地調(diào)節(jié)倍頻效率。
[0046]如圖3所示，本發(fā)明的一實(shí)施例提供了這樣一種系統(tǒng)及方法，其用于穩(wěn)定和調(diào)諧栗浦波長(zhǎng)及脈沖形狀并且隨后通過(guò)調(diào)節(jié)光纖放大器I或2(330或360)的增益、或通過(guò)偏振控制器I或2或3(350、390、或391)來(lái)優(yōu)化雙光子成像的參數(shù)。如上所討論的，除了MLFL(310)、非線(xiàn)性波導(dǎo)1(320)、光纖放大器1(330)以及非線(xiàn)性介質(zhì)(340)，還可選地包括以下組件中的一個(gè)或多個(gè):偏振控制器1(350)、光纖放大器2(360)、色散元件1(370)、偏振控制器2(390)、色散元件2(380)以及偏振控制器3(391)。通過(guò)經(jīng)由反饋回路濾波器(392)從顯微鏡(393)產(chǎn)生的圖像中接收反饋，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)非線(xiàn)性介質(zhì)(340)的輸出、非線(xiàn)性波導(dǎo)1(320)的輸出、或光纖放大器1(330)的輸出、變量(增益或偏振)，以將系統(tǒng)優(yōu)化和穩(wěn)定至所需的狀態(tài)。為了優(yōu)化輸出圖像的亮度和質(zhì)量，調(diào)整這些參數(shù)。
[0047 ] 三光子焚光顯微鏡
[0048]如圖5所示，在另一實(shí)施例中，能夠?qū)⒎糯笃?(530)的輸出直接發(fā)送進(jìn)用于三光子成像的顯微鏡系統(tǒng)(550)中。如上所討論的，將MLFL(510)的輸出耦合到非線(xiàn)性波導(dǎo)I(520),并且通過(guò)光纖放大器I (530)來(lái)放大。熒光激發(fā)波長(zhǎng)應(yīng)當(dāng)處于600nm和900nm之間。
[0049]在上節(jié)所討論的各個(gè)實(shí)施例同樣也適用于本實(shí)施例。
[0050]此外，本文中所討論的一些實(shí)施例具有多種可能的應(yīng)用，如光活化與三光子成像組合。圖6-8示出了根據(jù)一些實(shí)施例所公開(kāi)的一些可能的組件組合。
[0051 ] 雙波長(zhǎng)顯微鏡
[0052 ] 如圖4所示，在另一實(shí)施例中，使用分束器(440)將來(lái)自1550鎖模激光器(410)的光分成兩臂。在一個(gè)臂中，使用非線(xiàn)性波導(dǎo)1(420)將光線(xiàn)波長(zhǎng)偏移至在1700nm和2800nm之間的中心波長(zhǎng)、穿過(guò)可選的延遲件(460)、在光纖放大器1(430)中放大、以及通過(guò)穿過(guò)非線(xiàn)性介質(zhì)I(450)來(lái)進(jìn)行頻率倍增。在另一臂中，光線(xiàn)穿過(guò)可選的延遲件(470)、在可選的光纖放大器3(480)中放大以及在非線(xiàn)性介質(zhì)2(490)中進(jìn)行頻率倍增。該實(shí)施例產(chǎn)生兩個(gè)不同波長(zhǎng)處的兩個(gè)精確同步的激光脈沖。將兩臂所產(chǎn)生的脈沖分開(kāi)或同時(shí)耦合進(jìn)顯微鏡(491)中。一個(gè)或兩個(gè)延遲件(460或470)能夠是可調(diào)節(jié)的延遲線(xiàn)，其用于對(duì)兩個(gè)波長(zhǎng)處的脈沖之間的時(shí)間對(duì)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)節(jié)。雙波長(zhǎng)系統(tǒng)能夠用于雙色雙光子成像、雙色三光子成像、或光活化和雙光子成像的組合。此外，雙波長(zhǎng)系統(tǒng)能夠用于相干拉曼成像。
[0053]盡管本發(fā)明已經(jīng)被相當(dāng)詳細(xì)地描述并具有與幾個(gè)所述實(shí)施例相關(guān)的一些特殊性，但是這并不意味著它應(yīng)該被限制到任何此類(lèi)細(xì)節(jié)或?qū)嵤├蛉魏翁囟▽?shí)施例中，而是應(yīng)當(dāng)參考所附的權(quán)利要求對(duì)其進(jìn)行解釋?zhuān)员阍诳紤]到現(xiàn)有技術(shù)的情況下提供對(duì)這些權(quán)利要求最廣泛的可能的解釋?zhuān)瑥亩行У睾w本發(fā)明的預(yù)期范圍。此外，上文根據(jù)發(fā)明人可預(yù)見(jiàn)的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，這些實(shí)施例使得能夠獲得可能的描述，盡管如此，目前未能預(yù)見(jiàn)的本發(fā)明的非實(shí)質(zhì)性的修改仍然可以代表本發(fā)明的等同物。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種雙光子顯微鏡系統(tǒng)，包括: 鎖模光纖激光器(110)，配置為用于輸出具有中心波長(zhǎng)的脈沖； 非線(xiàn)性波導(dǎo)(120 )，配置為用于對(duì)來(lái)自所述鎖模光纖激光器的脈沖波長(zhǎng)進(jìn)行偏移； 光纖放大器(130)，配置為用于對(duì)來(lái)自所述第一非線(xiàn)性波導(dǎo)的輸出進(jìn)行放大； 二次諧波發(fā)生器(140)，配置為用于產(chǎn)生飛秒脈沖，所述飛秒脈沖的光頻率為來(lái)自光纖放大器的輸出的兩倍；以及顯微鏡成像系統(tǒng)(150)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述鎖模光纖激光器輸出脈沖，所述脈沖支持短于Ips的變換極限脈沖寬度并且具有在1500nm和1650nm之間的中心波長(zhǎng)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一非線(xiàn)性波導(dǎo)使來(lái)自鎖模光纖激光器的輸出波長(zhǎng)偏移至長(zhǎng)于1700nm且短于2800nm的波長(zhǎng)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一光纖放大器工作在1700nm和2800nm之間的波長(zhǎng)區(qū)域中。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括第二光纖放大器，配置為用于提升來(lái)自所述鎖模光纖激光器的功率以及控制波長(zhǎng)偏移量。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括第一偏振控制器，用于通過(guò)拉曼孤子自頻移過(guò)程來(lái)控制波長(zhǎng)偏移量。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括第一色散元件，配置為用于在進(jìn)入所述第一光纖放大器的脈沖上產(chǎn)生所需量的啁啾。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括第二偏振控制器，配置為用于調(diào)節(jié)進(jìn)入所述第一光纖放大器的脈沖的偏振態(tài)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括第二色散元件，配置為用于調(diào)節(jié)在進(jìn)入所述二次諧波發(fā)生器的脈沖上的啁啾量。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括第三偏振控制器，配置為用于調(diào)節(jié)進(jìn)入所述二次諧波發(fā)生器的脈沖的偏振態(tài)。11.一種顯微鏡系統(tǒng)，包括鎖模光纖激光器(410)、分束器(440)，所述分束器(440)置于鎖模光纖激光器(410)之后，用于將光纖激光器的輸出分成第一路徑和第二路徑，所述第一路徑進(jìn)一步包括: 第一非線(xiàn)性波導(dǎo)(420);第一光纖放大器(430); 第一二次諧波發(fā)生器非線(xiàn)性介質(zhì)(450); 并且所述第二路徑包括: 第二二次諧波發(fā)生器非線(xiàn)性介質(zhì)(490);并且所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括接收來(lái)自所述第一路徑或第二路徑的一個(gè)或兩個(gè)輸出的顯微鏡(491)。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，包括置于所述第一非線(xiàn)性波導(dǎo)之前的第二光纖放大器。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述分束器置于所述第二光纖放大器之后和所述第一非線(xiàn)性波導(dǎo)之前。14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括在所述第一路徑上或第二路徑上的可變延遲線(xiàn)。15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括在所述第二路徑上的第三光纖放大器。16.—種用于操作多光子顯微鏡系統(tǒng)的方法，所述多光子顯微鏡系統(tǒng)包括光纖激光器，配置為用于輸出具有中心波長(zhǎng)的脈沖;第一非線(xiàn)性波導(dǎo)，配置為用于對(duì)來(lái)來(lái)自所述光纖激光器的脈沖波長(zhǎng)進(jìn)行偏移;具有至少一級(jí)的光纖放大器，配置為用于將來(lái)自所述第一非線(xiàn)性波導(dǎo)的輸出放大；以及非線(xiàn)性介質(zhì)，配置為用于將來(lái)自所述第一光纖放大器的輸出進(jìn)行頻率倍增，所述方法包括: 從所述第一非線(xiàn)性波導(dǎo)的輸出、所述第一光纖放大器的輸出或所述顯微鏡產(chǎn)生的圖像中接收反饋;以及 調(diào)節(jié)進(jìn)入所述非線(xiàn)性介質(zhì)的脈沖的峰值功率、能量、波長(zhǎng)或偏振。17.一種三光子顯微鏡系統(tǒng)，包括: 鎖模光纖激光器(510)，配置為用于輸出具有中心波長(zhǎng)的脈沖； 非線(xiàn)性波導(dǎo)(520 )，配置為用于對(duì)來(lái)自所述鎖模光纖激光器的脈沖波長(zhǎng)進(jìn)行偏移； 光纖放大器(530)，配置為用于對(duì)來(lái)自第一非線(xiàn)性波導(dǎo)的輸出進(jìn)行放大； 顯微鏡成像系統(tǒng)(550)。
【文檔編號(hào)】H01S3/067GK105981238SQ201580007096
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2015年1月7日
【發(fā)明人】R·薩利姆, P·芬德?tīng)? A·凱布爾
【申請(qǐng)人】統(tǒng)雷有限公司