لیزرهای نیمه هادی پالس پیکوثانیه برای وضوح زمان

طراحی و تولید شده توسط Becker & Hickl - bh لیزرهای نیمه هادی دیود پالس پیکوثانیه ای را در طول موج های مختلف از UV تا NIR ارائه می دهد. تمام لیزرهای نیمه هادی پالسی پیکوثانیه bh با یک منبع تغذیه ساده +12V یا از درگاه USB رایانه شخصی یا لپ تاپ در دسترس هستند. سایر ویژگی‌ها عبارتند از: فرکانس‌های تکرار بالا، عرض پالس کوتاه، زمان‌بندی بی‌سابقه و پایداری برق، و سطح نویز الکتریکی بسیار کم. الکترونیک درایو کامل در ماژول لیزر یکپارچه شده است. همه ماژول های لیزر نیمه هادی bh به طور مستقیم با ماژول های bh TCSPC سازگار هستند. در این صفحه درباره کاربردهای مختلف محصولات به خصوص در سیستم های TCSPC اطلاعات بیشتری کسب کنید.
لیزرهای پالسی اولترا کوتاه چه کاربردهایی دارند؟
یکی از مهمترین حوزه های کاربردی لیزرهای پالسی اولترا کوتاه، تکنیک تصویربرداری اسکن تصویربرداری طول عمر فلورسانس (FLIM) است. به طور خاص، تکنیک TCSPC-FLIM مبتنی بر استفاده از یک پرتو لیزر پالسی از یک لیزر نیمه هادی پالسی برای اسکن نمونه با نرخ تکرار بالا و سپس تشخیص تک فوتون های سیگنال فلورسانس برگشتی از نمونه است. هر فوتون با زمان آن در چرخه پالس لیزر و موقعیت نقطه لیزر در ناحیه اسکن شده در زمان تشخیص تعیین می شود. فرآیند ضبط یک توزیع فوتون بر روی این پارامترها ایجاد می کند. نتیجه را می توان به صورت آرایش پیکسل ها مشاهده کرد که هر کدام شامل یک منحنی فروپاشی فلورسانس کامل در تعداد زیادی کانال زمانی است.
Ophthalmic FLIM یکی از حوزه های کاربردی لیزر پالسی است. نیاز اساسی برای این کاربرد، تحریک چشم انسان توسط لیزر نیمه هادی پیکوثانیه است.
پرتو تولید شده توسط لیزر نیمه هادی مستقیماً به مردمک چشم بیمار پرتاب می شود. فلورسانس بازگشتی از پس زمینه چشم (فوندوس) در دو کانال طول موج تشخیص داده می شود.
این نور توسط ماژول FLIM گرفته می شود، در طول تصویربرداری پردازش و ارزیابی می شود. داده‌های به‌دست‌آمده از این طریق این فرصت را برای پزشکان فراهم می‌کند تا زودتر از روش‌های موجود بیماری زودرس چشم را تشخیص دهند. بنابراین، لیزرهای نیمه هادی پالسی می تواند کمک بزرگی در تشخیص و درمان زودهنگام و در نهایت بهبود کیفیت زندگی بیماران باشد.
جعبه لیزر چهارگانه LHB-104، که به عنوان "هاب لیزری" نیز شناخته می شود، حاوی حداکثر چهار لیزر BDS-SM است. پرتوهای لیزرهای منفرد برای تشکیل یک خروجی تک پرتو آزاد یا یک خروجی فیبر کوپل تک حالته ترکیب می‌شوند. یک جعبه حاوی تجهیزات الکترونیکی کنترلی معادل جعبه سوئیچ لیزری LSB-C و LSB-C2 است. بعلاوه، جعبه لیزر حاوی قطعات الکترونیکی مالتی پلکس کننده طول موج، ورودی های سیگنال کنترلی و خروجی های سیگنال هماهنگ سازی ماژول TCSPC است.
Becker & Hickl می تواند طیف گسترده ای از لیزرها را برای اهداف مختلف ارائه دهد. در اینجا به طور خاص دو مثال قابل ذکر است:
لیزر تک حالته (BDS-SM)
لیزر چند حالته (BDS-MM)
لیزرهای SM و MM به دلیل برد قابل مشاهده خود برای کاربردهای خاص مناسب هستند. اینها شامل تحریک فلوروفورهای مختلف و سایر نمونه‌های بیولوژیکی است که در زیر توضیح داده شده است.
دو نمونه از لیزرهای نیمه هادی پالسی پیکوثانیه
لیزرهای bh BDL و BDS برای کاربردهای میکروسکوپ اسکن لیزری طراحی شده اند. آنها دارای یک ورودی کنترل روشن/خاموش سریع هستند که لیزر را در طول برگشت پرتو اسکنر خاموش می کند و چندین لیزر با طول موج های مختلف را چندگانه می کند.
لیزرهای سری BDS-SM
لیزرهای BDS-SM ماژول‌های کوچکی هستند که تنها 40 میلی‌متر در 70 میلی‌متر در 120 میلی‌متر اندازه‌گیری می‌کنند. لیزرها شامل تمام قطعات الکترونیکی درایو هستند. طبق معمول، آنها با یک +12 V ساده تغذیه می شوند. لیزرهای نیمه هادی پیکوثانیه BDS خروجی فیبر پرتو آزاد و تک حالته را ارائه می دهند. عرض پالس حدود 50 تا 90 ثانیه است و فرکانس تکرار پالس را می توان بین 80 مگاهرتز، 50 مگاهرتز، 20 مگاهرتز و CW تغییر داد. تصاویر
تمام طول موج های لیزر نیمه هادی معمولی از 375 نانومتر تا 785 نانومتر در دسترس هستند، سایر طول موج ها نیز در صورت درخواست در دسترس هستند. لیزرهای BDS از همان اصل درایو لیزرهای BDL-SMN استفاده می کنند. در نتیجه، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، می توان با یک شکل پالس خوب، قدرت نوری بالایی به دست آورد. توان خروجی توسط یک حلقه تنظیم داخلی تثبیت می شود و سوئیچینگ سریع را امکان پذیر می کند. لیزر دارای یک خروجی هماهنگ سازی با ماژول bh TCSPC و یک ورودی ماشه برای همگام سازی با سایر لیزرهای پالسی است.
لیزرهای سری BDS-MM
لیزر BDS-MM نسخه چند حالته لیزر BDS-SM است. بسته به نوع طول موج، توان معادل CW در فرکانس تکرار 50 مگاهرتز می تواند به 20 تا 50 مگاوات برسد. در بیشتر موارد، شکل پالس بدون دم و پالس های پشتی تا بیش از 10 میلی وات نگه داشته می شود. با این حال، برخی مصالحه ها باید انجام می شد: به دلیل محدودیت های مصرف انرژی، لیزرهای MM حالت های پیوسته ندارند و نور به سختی به فیبر متمرکز می شود. در صورت امکان، لیزرهای BDS-MM باید با نوری پرتو آزاد یا در صورت اجتناب ناپذیر بودن جفت فیبر، با فیبرهای چند حالته با قطر هسته 200 میکرومتر یا بزرگتر استفاده شود.
کاربردها و تکنیک های جالب تر برای لیزرهای نیمه هادی پالسی پیکوثانیه
همانطور که در بالا نشان داده شد، لیزرهای نیمه هادی پالسی پیکوثانیه bh دارای مزایای بسیاری هستند که طیف وسیعی از کاربردها را باز می کنند. برخی از این موارد در اینجا به تصویر کشیده خواهد شد.
لیزر نیمه هادی پالسی Picosecond برای FLIM با مالتی پلکس کردن طول موج تحریک
FLIM را می توان با مالتی پلکس کردن طول موج تحریک ترکیب کرد. گسترش این اصل به FLIM در زیر نشان داده شده است. تحریک در طول موج های مختلف با چندگانه (روشن/خاموش سوئیچینگ) لیزرهای متعدد یا با سوئیچینگ طول موج فیلتر قابل تنظیم آکوستو-اپتیک (AOTF) یک لیزر ابرپیوسته محقق می شود. سیگنال مالتی پلکس که نشان می دهد کدام لیزر (یا طول موج لیزر) فعال است به ورودی مسیریابی ماژول TCSPC تغذیه می شود. سیگنال طول موج تحریک را نشان می دهد.
ماژول TCSPC فرآیند عادی اکتساب FLIM را اجرا می کند: توزیع فوتون را بر روی مختصات ناحیه اسکن شده، زمان فوتون و طول موج تحریک ایجاد می کند. نتیجه یک مجموعه داده حاوی تصاویری از طول موج های تحریک فردی است. همچنین می‌توان آن را به‌عنوان یک تصویر منفرد که دارای منحنی‌های فروپاشی متعدد در پیکسل‌های خود برای طول‌موج‌های تحریک مختلف است، تفسیر کرد.
لیزر نیمه هادی پالسی پیکوثانیه برای تصویربرداری متابولیک
به عنوان نمونه ای از کاربرد بسیار مهم لیزرهای پالسی اولترا کوتاه، تصویربرداری متابولیک در اینجا ذکر شده است. این مبتنی بر دریافت همزمان تصاویر فلورسانس در طول عمر NAD(P)H و FAD برای به حداقل رساندن اثرات سفیدکننده نور، رانش فوکوس و تغییرات فیزیولوژیکی احتمالی است. این را می توان با مالتی پلکس لیزری و مولتی پلکس کردن TCSPC به دست آورد. سیگنال ها در دو بازه طول موج انتشار توسط دو کانال FLIM موازی ثبت می شوند. جزء اصلی، سیستم FLIM اسکن هم کانون bh DCS{0}} است. بنابراین، FLIM متابولیک با استفاده از DCS{1}} فقط به استفاده از لیزر صحیح و انتخاب پارامترهای تنظیم صحیح نیاز دارد.
شکل مجاور عملکرد سیستم را با استفاده از سلول های مثانه انسان نشان می دهد. تصاویر tm، تصاویر a1 و تصاویر FLIRR می توانند سلول های طبیعی و تومور را تشخیص دهند. داده های به دست آمده از تصویربرداری متابولیک برای درمان بسیار ارزشمند است.
FLIM/PLIM همگام شده با استفاده از لیزرهای پالسی اولترا کوتاه
علاوه بر این، لیزرهای نیمه هادی پالسی پیکوثانیه جزء کلیدی FLIM/PLIM همگام هستند.
برخلاف سایر تکنیک ها، نه یک بلکه چندین پالس لیزر در هر چرخه تحریک فسفرسانس استفاده می شود.
لیزر تحریک یک سیستم FLIM با چرخه هایی در محدوده میکروثانیه یا میلی ثانیه مدوله می شود.
این سیستم تصاویر FLIM را بر اساس زمان فوتون در چرخه پالس لیزر و تصاویر PLIM از زمان در چرخه مدولاسیون تولید می کند. شکل مجاور اصل را نشان می دهد.
لیزر نیمه هادی پالسی پیکوثانیه و مالتی پلکس فضایی
ترکیبی از مالتی پلکسینگ طول موج و مالتی پلکس فضایی برای توموگرافی نوری منتشر (DOT) استفاده می شود. اصل در شکل زیر نشان داده شده است. چندین پرتو لیزر نیمه هادی پیکوثانیه در یک فیبر واحد ترکیب شده و مالتی پلکس می شوند. فیبر با لیزر ترکیبی به ورودی یک سوئیچ فیبر نوری متصل می شود یا به بخش هایی تقسیم می شود که به چندین کلید فیبر نوری متصل هستند. سوئیچ فیبر نور لیزر را (که خود از چندین طول موج لیزر چندگانه تشکیل شده است) به طور مداوم در تعداد زیادی فیبر که نور را به مکان‌های مختلف نمونه می‌رسانند، چندگانه می‌کند.
نور منتشر شده توسط تعداد زیادی آشکارساز در مکان های دیگر نمونه ثبت می شود. سیگنال های آشکارساز توسط ماژول های موازی TCSPC با ورودی های "کانال" برای ضبط سیگنال ها از مکان های منبع مختلف و طول موج های لیزر در بلوک های حافظه شکل موج مختلف ضبط می شوند. به منظور افزایش تعداد موقعیت های آشکارساز، راه اندازی را می توان توسط یک روتر گسترش داد.