双光子显微成像系统关键技术研究

• 作 者: 娄艳阳
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院大学
• 发表日期: 2015年期
• 关键词: 双光子显微成像原理系统 设计理念 群延迟色散 补偿技术

双光子显微成像技术是结合了激光扫描共聚焦技术和双光子激发技术的一种新型光学成像技术。由于其成像深度深、光漂白光毒性小，因此特别适合活细胞、活胚胎及活组织的延时成像，并已经在生命科学领域得到了广泛的应用。本文设计并搭建了一套双光子显微成像原理系统，完成了系统的群延迟色散的测量与补偿，并利用此系统进行了双光子成像。另外，本文在多焦点共聚焦快速扫描方面做了一些研究工作。　　首先设计了一套倒置双光子成像系统，分析了系统中的共轭关系和物像关系。对系统元件的选型做了详细的解释，最后对双光子系统的控制流程和成像软件的实现功能做了介绍。　　随后，对双光子显微成像系统的群延迟色散进行了校正，提高了双光子激发效率。采用自相关仪测量的方法在自行搭建的双光子系统光路的四个位置测量飞秒激光的脉冲展宽情况，测量样品位置5个波长下最优的群延迟色散补偿值，由此拟合得到自搭建双光子系统的全波段群延迟色散补偿曲线。实验结果表明在应用此群延迟色散补偿曲线后样品位置的脉冲宽度平均减小95 fs，在两个典型激发波长（750 nm和900 nm）生物样品的荧光强度分别提高了42.7％和76.8％。结论为双光子激发效率与飞秒激光的脉冲宽度成线性反比关系。　　接下来，对强激光进行了单平顶、多平顶的空间光束整形。采用数字微镜阵列和误差扩散法，对单平顶和多平顶的光束整形进行原理仿真，并利用680 nm激光建立了实验系统进行光束整形验证。采用光束填充因子、光场调制度、均方根误差三种评价参数对整形结果进行评价，其中单平顶和多平顶整形的光束填充因子由整形前的36.1％分别提高到62.3％和56.7％，光场调制度由73.3％分别降到25.6％和30.3％。最后对采用数字微镜阵列进行光束整形的能量利用率进行了测量和分析。