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概述

自1990年发表的两光子天博体育官网扫描荧光显微镜的开创性工作（Denk等，1990），该技术从天博体育官网技术的步骤变化中受益。这些改进最初从物理实验室，细胞生物学，疾病研究和晚期神经科学成像进一步渗透。

一个盒子，可调ti：蓝宝石天博体育官网器在2001年左右开始这种趋势。几年后，将自动分散控制添加到天博体育官网器中，以优化显微镜样品平面的脉冲持续时间。由于波长的探测比Ti的上限更长：蓝宝石天博体育官网器变得更加成熟和高效，在2010年天博体育官网公司转向光学参数振荡器之后，以解决对增强调色板，更深层成像和更少的光损伤的需求。

在本文中，我们讨论了此进化中的下一个阶段；快速功率调制在天博体育官网系统中的集成，以及该如何实现更快的设置时间，最高性能和低成本的所有权。 

两光子显微镜中天博体育官网功率控制的要求。

以最简单的形式，可以通过添加相位延迟的波板和偏振分析仪来实现对天博体育官网功率的连续控制。通过旋转波板，天博体育官网功率通过分析仪的传输通常可以从0.2％的传输更改为〜99％。通过电动波板可以自动化以更改显微镜中成像平面的功率，以在不同的深度框架下均衡集中的液体。

最现代的天博体育官网扫描两光子显微镜需要更快的调制速度。例如，对于仅应朝单个方向进行数据采集的光栅天博体育官网扫描应用程序，必须在“飞回来操作”期间将天博体育官网掩盖，以避免不必要的荧光激发或光漂白。在谐振范围扫描仪的情况下，所得的上升/降时间可能小于几微秒。在此域中，必须考虑光学调制方法。 

电流调制

通过使用Pockels效应将相位延迟施加到光束上，通过将相位延迟施加到光束来调节天博体育官网功率。这是通过应用电场在非中心对称晶体中诱导双折射的地方。和以前一样，使用偏振分析仪来完成调制器设置。

可以在纵向激发几何形状中配置Pockels细胞，以适应具有相对短晶体的较大光束。在这种情况下，典型的1⁄2波电压（即极化90度旋转所需的电压）为6 kV，这很难在2P显微镜所需的速度和占空比下实现。因此，大多数用于成像的配置都采用较长的晶体采用横向电场几何形状，从而显着降低了半波电压。通常将晶体部署在2个或更多的串行配置中，相互旋转，以进一步降低所需的开关电压并补偿热负载效果。

必须通过晶体比对和偏移（偏置）电压调节来优化脉冲对比度（最小值与最大发射功率的比率），以实现最佳图像对比度。 

Pockels细胞在两光子显微镜中被广泛采用，尤其是在“家庭建筑商”社区中，因为它们相对简单地部署，尤其是对于仅需要在流行的两光片波长下仅需要适度功能的用户。 

例如，基于磷酸钾（KD*P）的细胞为2P应用提供了出色的传输，速度和对比度特性，可达约1100nm，以及适度的天博体育官网功率。此外，Kd*p具有较低的组速度分散特性，导致群延迟分散（GDD）。为此，当使用超快天博体育官网器无需分散验验和有限的调谐（例如ti：ti：蓝宝石天博体育官网器）时，Kd*p Pockels细胞是一个流行的选择。 

ocousto-optic调制

Acousto-Optic调制器（AOM）包含透明的晶体或玻璃，将压电传感器附着在该晶体上。施加到传感器上的射频波（RF）波会诱导声波，该声波扭曲晶体，从而导致折射率光栅。然后通过细胞传播的光经历布拉格衍射。

可实现的上升/秋季时间与声波穿过天博体育官网束所需的时间成正比，因此可以通过减少晶体中的光束的宽度来优化。 

歧视，因此对比度是由分离角（θ定义的_S）在零和第一个衍射顺序与关注工作平面之间的距离之间。

两光子显微镜中使用的最常见的AOM材料是二氧化柜，（TEO）₂）。该材料在宽波长范围内表现出出色的衍射效率和高功率处理。最大的传输效率是通过适度的RF功率以30 dBm的顺序实现的。

TEO₂AOM通常是在Bragg交互制度中配置的，该方案为一阶提供了最佳的衍射效率，较高的订单破坏性灭绝。请注意，要以最小的RF功率水平达到高效率，需要晶体长度> 1 cm，导致不可忽略的组延迟分散（GDD）。还考虑到其他下游光学元件的分散，尤其是物镜镜头，基于AOM的显微镜系统通过与配备分散性预补偿的天博体育官网器合作而受益，以维持样品平面的最短脉冲。

可调天博体育官网器的AOM部署需要仔细的光学和控制电子设计。由于分离角（θ_S）取决于RF驱动频率（即光栅周期）和天博体育官网波长，必须仔细校准RF驱动频率，以确保在调谐天博体育官网波长时最小的指向变化。另外，对于不同波长，在不同的RF功率下实现了最大衍射效率。在可调成像系统中需要仔细控制RF频率和功率并管理相对较大的GVD所产生的更加繁重的集成工作，尽管性能特征出色，但迄今为止，在许多家庭构建器和自定义设置中，迄今为止的AOM使用限制了。 

广泛可调天博体育官网器中的调制

单箱广泛可调天博体育官网器的出现，按680-1300 nm的顺序且功率超过2 w，需要对天博体育官网调制的新绩效和集成工作的新制度。

典型使用的KD*P Pockels单元在高功率上显示出热绽放效果，这对梁的指向，梁腰的完整性和寿命有害。较长的波长进一步提出了更高的驱动电压和对比度的挑战。诱导锂是用于更广泛调整的可行EOM材料，但是商业单元的组延迟分散率高于可更正的分散元件补偿天博体育官网器的范围，从而导致更长的脉冲和较长的峰值功率，并降低了峰值功率，对有效的成像有害。。

如前所述，尽管具有潜在的成本和性能益处，但基于AOM的解决方案需要高度的光学设计和电子控制专业知识才能部署，通常在许多生物成像设施中不容易获得。也就是说，AOM解决方案可作为来自某些显微镜供应商的集成溶液市售。

在2017年，连贯的人认识到，用户和显微镜行业都将受益于将AOM调制与天博体育官网源集成的交钥匙解决方案。在工业超快加工天博体育官网器中的集成AOM解决方案收集的专业知识的基础上，连贯的总电源控制（TPC）是Chameleon Discovery Laser的完全集成选择。

Chameleon Discovery NX上可用的总功率控制提供了高对比度（> 1000：1）和高速（<1μs上升时间）调制，可在单手的自动套件中的660 nm至1320 nm的完整八度调音范围内进行。 

RF频率和功率校准和调整的所有税收要求均在天博体育官网器内部编程，因此所有用户或显微镜集成符都需要提供的所有用户或显微镜集成器都需要设置波长和功率水平。

由于AOM非常具有成本效益，因此Chameleon Discovery NX TPC的固定波长1040 nm输出也配备了自己的专用AOM和驱动程序。 可以通过串行/USB命令或快速模拟控制输入来方便地控制功率。 

未来趋势

作为两光子成像技术的范围，进一步驱动到OEM和临床前应用，对单波长，具有成本效益的飞秒源的需求正在增长。紧凑型超快来源的轴突系列完美地解决了这些要求。

从产品概念阶段，将TPC功能集成到轴突设计中，以简化部署到新的显微镜设计和应用中。这带来了两光子显微镜系统是可移动诊断，临床或高通量筛选设备而不是纯研究工具的一部分的应用的最终集成便利性。 

在尖端的神经科学研究中，高功率天博体育官网器在使用光遗传学刺激中在全光体内成像技术中起关键作用（Yuste，2012）。用空间光调节器（SLM）将多个瓦的天博体育官网功率分成能够单独解决数十个或数百个神经元的单个光束。这种光学控制方法需要简短和可定制的脉冲爆发。高功率纤维天博体育官网器（例如连贯的摩纳哥）为全纤维设计格式提供了这些应用所需的灵活性。由此产生的高平均功率，高能量天博体育官网的需求以及在亚毫秒次时尺度上切换刺激束的需求提出了对现有的Pockels Cell Technology的特定挑战。为此，AOM技术已完全集成到摩纳哥，以进行精美的脉冲控制，简化的显微镜设计和提高成像系统的可靠性。