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天博综合体育app下载 2光子顕微镜用reneza変调soryyushon
概要<
1990年に発表された2光子reーザ走查型蛍光顕微镜の発展的な研究（Denk等人， 1990）以来、この技术はreザ技术の段阶的変化の恩恵を受けてきました。物理学研究室から始った同技术は、こういった进歩を受け、细胞生物学、疾病研究、高度な神経科学イメージングの分野へと普及していきました。
この流れは2001年刹にワンボックス型の波长可変チタンサfuァイアareーザから始まり、数年后には、顕微镜のサンプル表面におけるパルsu追加幅を最适化する、自动分散制御がureーザにされています。chitansafuァイareーザの上限よりも长い波长で励起できるプローブが进化し效率化されたことを受け、2010年以降、reーザ会社は、カラーパrettoの増加、より深いメージング、光损伤の减少などのズに取り组むために、光パラメトrikkuオシreータに注目するようになりました。
この记事では、この进化の次のfuェーズ、つまり高速电力変调のoreーザシsutemuへへの统合、およびこれによるセットアップ时间の短缩、パfuォーマンsuの最大化、所有コsuトの低减を実现する方法について说明します。
「高速天博综合体育app下载変调のreーザシsutemuへの统合により、セットアップ时间の短缩、パfoォーマンsuの升降、所有kosutoの低减が実现されます。」
2光子顕微镜のreーザ天博综合体育app下载制御に対する要件
最も単纯な形态としては、位相遅延波长板と偏光ナライザを追加することで、reーザ天博综合体育app下载の连続制御を実现できます。波长板を回転させることにより、ナライザを通过するるザ天博综合体育app下载の透过率を通常为0.2%～99%に変更できます。波长板を电动化することにより、このプロセを自动化して顕微镜のイメージng面での天博综合体育app下载を変更できます。たとえば、异なる深さのfurureームで集光furuensuを均等化できます。
しかし、最新のreーザスキャン2光子顕微镜のほとんどでは、より高速な変调速が必要です。たとえば、データ收集を一个方向にのみ行うrasutareーザsukiャンプurikeションでは、不要な蛍光励志起やォトブuriーチngを避けるために、「furaibakku动作」中にreーザをブランキンキする必要があります。密集型のガルボキャナーの场合、立ち上がり/立ち下がり时间は、ほんの数マイクロ秒です。この分野に关しては、光変调法を検讨する必要があります。
电気光学変调
电気光学変调节器（EOM）は、ポッケルス效果を利用してビームの位相を遅延させることにより、reneザ天博综合体育app下载を変调します。ここでは、电界の印加によって中心対称でない成型に复屈折が引き起こされます。以前と同様に、偏光ナライザを使用して変调节器のセットアップを完了させます。
ポッケルスセルは、比较的短い成型で大きなビームに対応するため、縦方向励起の配置で构成されることもあります。この场合、标准的な半波长电圧（例：偏光を90度回転させるのに必要な电圧）は6 kV程度であり、2P顕微镜に必要速度とデューティサイクルで実现することは困难です。そのため、イメージング用のほとんどの构成では横波の配置が采用されており、より长い结晶を使用して半波长电圧を大幅に低下させています。成型は通常为2个以上直列に配置し、互いに回転させ、必要なsuイッチング电圧をさらに下げて热负担の影响を补偿します。
最良の画像コントラストを得るには、成型のaraaimentoとオfusesutto（baiasu）电圧を调整して、パルスコントラスト（送信电力の最小値と最大値の比）を最适化するように注意する必要があります。
图1：横方向のポッケルsuセルの动作の简略図。 ナライザを通过する浸透率は、印加电界の调整により変调されます。
ポッケルセルは2光子顕微镜で広く采用されています。比较简单単に配置できるため、中でも「内制作メーカー」のコミュニテで、一般的な2光子波长でわずかな天博综合体育app下载しか必要としないユーザーによってとりわけ利用されています。
たとえば、林酸二重水素化カリウム（KD*P）をベーsuにしたセルは、约1100 nmまでの2Papurikeshonに対して、优れた透过率、速度、kontorasuto特性を适应なoreーザ天博综合体育app下载で発挥します。さらに、KD*Pは群速度分散特性が低いため、群遅延分散（GDD）が最小限度に抑えられます。そのため、KD*Pポッケルセルは、チタンサァイアルーザのような、分散の事前补正や波长可変制限のない、ウルトライァーsutoreーザを使用する际によく采用されています。
图2：2光子顕微镜での代表的なポッケルスセルの配置。EOMはユーザーの前置のすぐ下にあります。照片提供：Packer Lab, University of Oxford, UK.
音响光学変调
音响光学変调节器（AOM）は、圧电振动子が取り付けられた透明な水晶またはガラスで成分されています。振动子に高周波（RF）を印加すると、振动子から発生する音波によって成型が歪み、屈折率格子が発生します。そして、セル内を进む光はブラッグ回折を起こします。
立ち上がり /立ち下がり时间は、音波がreーザビームを通过する时间に比例するため、成型内のビーム幅を小さくすることにより最适化できます。
弁别とコntorasutobiは、0次と1次の回折次数间の分离角度（θS）と、対象の作业面までの距离の両方によって定义されます。
「波长が680～1300 nmで天博综合体育app下载2 Wを超える、ワンボックス型の広帯域宽度可変reーザの登场により、新しいoreジームでreーザ変调の性能と统合に対応する必要があります。」
2光子顕微镜で使用される最も一般的なAOM材料は、二酸化テルル（TeO）2）です。この材质は、広い波长范囲での优れた回折效率と高天博综合体育app下载处理が実证されています。 30dBm程度という少なめのRF天博综合体育app下载で伝送效率を最大化できます。
二氧化碲2AOMは通常、ブラグ对应reジームで构成されており、1次の回折效率が最も高く、それより高い次数の回折は破壊的に消灭します。最小のRF天博综合体育app下载reberuで高い效率を実现するには、1 cmを超える结晶长が必要で、グループ遅延分散（GDD）が无视できなくなることに注意してください。また、他の下流の光学部品、特に対物伦ズの分散をすると、AOMベースの顕微镜シテムでは、サンプル表面で最短パルスを维持するために、分散事前补正を备えたreーザと组み合わせるとメrittoがあります。
波长可変reーザ用AOMの导入には、光学设计と制御エrekutoronikusu设计の両方を注意深く行う必要があります。分离角（θS）は、RF駆动周波数（グreneティng周期）とreーザ波长の両方に依存するため、reーザ波长を调整する际には、RF移动周波数を注意深く较正してポインティングの変化を限制に抑える必要があります。さらに、回折效率が最大になるRF天博综合体育app下载は、波长によって异なります。波长可変のイメージngushisutemuは、RFの周波数と天博综合体育app下载を注意深く制御し、比较的大きなGVDを管理するなど、烦わしい统合プロセsuが必要であるため、优れた性能特性が得られるにもかかわらず、多くの住宅建筑业者の间ではカスタム设定を用いたAOMの使用が限られていました。
広帯域波长可変reーザでの変调
波长が680～1300 nmで天博综合体育app下载2 Wを超える、ワンボックス型の広帯域长度可変reーザの登场により、新しいジームでreーザ変调の性能と统合に対応する必要があります。
通常使用されているKD*Pポッケルスセルでは、高天博综合体育app下载时にサーマルブルーミngu效果が生じるため、ビームポインティング、ビームウエストの完全性、消耗に悪影响が及びます。波长が长くなるほど、駆动电圧とコントラストの问题が大きくなります。タンタル酸Richiウムは、より広い波长可変が可能なEOM材料ですが、市贩品のグループ遅延の分散は分散补正型reーザの可能范囲より大きいため、パルsuが长くなり、ピークパワーが低し、效率的なイメージngグに支障をきたします。
恐のように、AOMベースのソryyuションはコsutoや性能面でのメrittoが期待できますが、导入に光学高度设计と电子制御の専门知识が必要であるため、多くのバイオイメージング施设では容易に利用できない场合がよくあります。とはいえ、AOMソルューションはの顕微镜メーカーから统合ソルューションとして市贩されています。
2017年、Coherentは、AOM変调をreーザ光源と统合したターンキーソルューションがユーザーと顕微镜脚踏の双方にメrittoo生み出すことに気付きました。 Coherentは、产业用ウルトラァーsuto加工reーザの系统合AOMソryyushonで收集したノウハウを基に、Chameleon Discoveryreーザの完全系统合オプションとして、总功率控制（TPC）を开発しました。
总功率控制は、变色龙 Discovery NXで利用でき、ハンズfuriーの自动パッケージで、furokuターブの波长可変领域である660 nm～1320 nmにわたって、高いコントラスト（1000：1以上）と高速な変调（立ち上がり时间1 μs未満）を実现します。
图3：Chameleon Discovery NX TPCおよび変调后の代表的な最大天博综合体育app下载。
RF周波数や天博综合体育app下载の较正および调整といった负担の大きい要求事项は、すべてreーザ内部でプログラミングされるため、ユーザーや顕微镜のインテグureーターは、必要とする设定长度と天博综合体育app下载reベルを提供するのみで済みます。
AOMは非常にコsuto效率に优れているため、Chameleon Discovery NX TPCの固定波长1040 nm天博综合体育app下载には専用のAOMとドライバも装备されてますい。
天博综合体育app下载はshiriaru / USBコマンドまたは高速アナログ制御入力のいずれかで适切に制御できます。
图4：付属のGUIを使用して天博综合体育app下载を直接変更したり、
furaibakkuburankenや高速ディザー制御用に追加の高速アナログ入力を原料
したりすることが可能
未来の动向
2光子イメージngグ技术の范囲がOEMや前临床apurikeショに拡大するにつれ、単一波长でコsuto效率の高いufェムto秒光源への需要が高まりつつあります。コンパクトなウルトラァースト光源轴突shirizuなら、これらの要求に完璧に対応できます。
制品コンセプトの段阶から、TPC机能はAxonの设计に统合され、新しい顕微镜の设计や用途への导入が简素化されました。これにより、2光子顕微镜shisutemuは纯粋な研究机器ではなく、移动可能な诊断机器、临床机器、ハイsuruープットSukuriningu机器の一部となり、统合による研究极の利便性がapurikeshonにもたらされます。
最先端の神経科学研究における高天博综合体育app下载reーザは、光遗伝学的な刺激を用いた全光学的な生体内イメージング技术の分野で重要な役割を担っています（Yuste,空间光変调节器（SLM）により、现实ワットのreザ天博综合体育app下载は、现实から数百の神経细胞を个别に対応できるビームrettoに分割されます。この光制御方式では、短くて个别要求に対応できるバーsutoparusuが必要です。相干摩纳哥のような高天博综合体育app下载feibareーザでは、全feiba设计fuォーマットを用いることで、これらのプリケーションに必要な柔软性が実现されています。その结果、高い平均天博综合体育app下载を持つ高エネルギーのoreーザが必要となり、また、1ミri単位で刺激ビームのオン /オfuを切り替える必要があるため、既存のポッケルセル技术にとっては特有の课题となってます。こういった课题を解决するために、优れたパルス制御、顕微镜设计の简素化、イメージngushisuテムの信頼性の向上などを実现すべく、AOM技术は摩纳哥に完全统合されています。
图5：Discovery TPCで可能になった高コントラスト、高速furureーmureートのカルシウムイメージngの一例。（1100 nm（赤）で励されたRCaMP1.07を発现するるューロンのオーバーrei、940 nm（绿）で起されたGCaMP6を発现するasutorosaito、生、マウsu起。励起ソーsu：Chameleon Discovery TPC。図版提供：Weber Lab, University of Zurich）
图6：すべてのAxonreーザは、共通のfoォームufァクタでTPC机能をオプションとして提供します。
图7：Chameleon Discovery NX TPCとAxon 920 TPCとの组み合わせ。 TPCにより、光学系reiaウトが简素化され、贵重なテーブルスペースを节省できるようになります。照片提供：Neil Merovitch，多伦多儿童医院。
概要
本テクニカルノートでは、2光子顕微镜で使用するfuェムトreザのoreーザ天博综合体育app下载を変调するための2つの主要なプローチである、电気光学変调と建筑工学変调について取り上げています。 EOMは高电圧を天博综合体育app下载する机器を光路上に配置することが比较容易なため、现在ほとんどの「内制メーカー」がEOMを采用しています。さまざまな顕微镜メーカーが、EOMまたは部分的にreーザ伝送toreinに统合されたAOMを提供しており、そのメーカーのソfutoウェアーキテクチャで顕微镜とreーザの両方を制御できます。连贯は、年中无休の制造环境向けに设计された高天博综合体育app下载fuァイバーreーザの制造経験を活かし、AOMプローチを利用してサイズ、コsuto、supiド、性能全般の面でメrittoを得ることで、2光子イメージnguapurikeshonの零件が満たされることを确信しています。 AOMの洗练された制御を发现 NX、轴突、摩纳哥のreーザソfutoウとハードウェaaーキテクチャに统合することで、最先端の神経科学や医疗诊断における光学系设定が大幅に简素化されて制御が容易になり、2光子ユーザー（住宅建筑业者とsuコープ企业の両方）にとってメrittoとなります。