超連續(xù)光纖激光器——STED 顯微成像最理想的光源

   眾所周知，受激發(fā)射損耗(STED)熒光成橡技術(shù)是一種可以突破衍射極限的強(qiáng)大顯微技術(shù)。最近，德國MaxPlanck 研究所納米光子生物分部的DominikWildanger 和他的同事們利用單臺(tái)超連續(xù)光纖激光器對密集納米顆粒和哺乳動(dòng)物細(xì)胞的微管網(wǎng)成像，在焦平面上取得了空間精度達(dá)30-50nm，該精度是衍射極限成像的9 倍以上！

   STED 顯微術(shù)是在1994 年被Stefan Hell 教授開發(fā)出來的，該系統(tǒng)傳統(tǒng)做法是采用大框架的鈦藍(lán)寶石振蕩器去泵浦一個(gè)再生放大器，然后依次耦合到光學(xué)參量放大器來產(chǎn)生所需要的可見光譜。這樣一個(gè)典型的系統(tǒng)一般會(huì)耗資50 萬美元以上。

深圳光域激光公司主推的SC450-PP-HE 型號(hào)激光器是一種全光纖化結(jié)構(gòu)的超連續(xù)光譜激光器，主要針對
STED 顯微術(shù)而研發(fā)。該激光器完全是一種“交鑰匙”式的緊湊型STED 專用光源，而且領(lǐng)人興奮的是它的價(jià)格是傳統(tǒng)的再生光學(xué)參量放大器系統(tǒng)的十分之一！

背景—STED 顯微成像技術(shù)
     掃描式STED 顯微鏡原理簡單說就是把熒光染色體的熒光發(fā)射區(qū)域限制到一個(gè)比衍射極限激發(fā)光斑更小的區(qū)域。一般上，一系列能夠激發(fā)熒光團(tuán)的高能量（約10nJ）短脈沖（約100ps）光脈沖通過物鏡聚焦到衍射限斑點(diǎn)，它會(huì)與脈沖的 “STED”光束的焦點(diǎn)重疊，這樣就會(huì)在聚焦區(qū)域形成一個(gè)中間是零強(qiáng)度而周圍是強(qiáng)度很陡的圓環(huán)空間分布圖。熒光激發(fā)和STED 脈沖是同步達(dá)到焦平面的，這樣STED 光束能夠瞬間消退可能激發(fā)的分子產(chǎn)生熒光激發(fā)。染色體分子發(fā)射的可能性會(huì)隨著STED 脈沖強(qiáng)度而減少，所以會(huì)在STED 圓環(huán)場中間形成一個(gè)大小不一的衍射極限的熒光區(qū)域。

   采用光域激光公司的超連續(xù)光纖激光器搭建成的STED 顯微可同時(shí)用作STED 和激發(fā)兩用，是低成本、高效
率和超高精度STED 成像的一個(gè)最理想的選擇。同時(shí)，這光源擁有極大的光譜帶寬，能夠使得STED 和激發(fā)光束得到大范圍的調(diào)諧來實(shí)現(xiàn)激發(fā)和損耗的最優(yōu)化。

    我們比傳統(tǒng)意義上采用龐大復(fù)雜的藍(lán)寶石激光器和光學(xué)參量放大器搭建成的STED 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對十分簡單。通過空間和光譜的分離，光束整形和再結(jié)合處理，光域激光公司提供的這種超連續(xù)激光器能夠最優(yōu)化STED 和激發(fā)功能為您提供必要的所有光譜。

   使用棱鏡選擇器，STED 光束的波長和帶寬就可以被選，就可以提供STED 需要的10nJ 的高能量（1Mhz 頻率）和10nm 帶寬。現(xiàn)在該款超連續(xù)激光器的不斷改進(jìn)可以使得STED 的波長在500nm 以下以及激發(fā)波長下降到400nm，這樣使得該技術(shù)可以進(jìn)一步拓寬覆蓋更多熒光染料體的種類。更有，對能量光譜密度和脈沖重復(fù)頻率的標(biāo)度能夠分別提高成像精度和掃描速度。

超連續(xù)光纖激光器
     Optizone Laser Limited 公司的該型號(hào)（SC450-PP-HE）激光器基于歐洲的專業(yè)重復(fù)頻率可變的超連續(xù)光譜光纖激光器技術(shù)。對我們的核心技術(shù)SC450-PP 激光系統(tǒng)稍做改進(jìn)便可大大提高的脈沖光譜密>1nJ/nm，這是普通系統(tǒng)的20 倍，完全滿足STED 照明的需要。德國Max-Planck 研究所納米光子生物分部使用的原型機(jī)系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)成為一款標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，而且能夠交付從400nm 到800nm 以上的光譜圖像，且隨著和其他熒光染色體同步工作能力的提高而不斷提高。

超連續(xù)激光器基本參數(shù)如下：
波長范圍：<500-1750nm
光譜平坦度：<6db
主光源脈寬：>100ps
重復(fù)頻率：0.1-20Mhz（用戶指定）
脈沖能量密度：>1(1Mhz)nJ/nm