Többfoton mikroszkópos képalkotási technológia: polarizációs-feloldott második-harmonikus generációs mikroszkóp és képfeldolgozása
A nemlineáris optikai mikroszkópokban a második harmonikus generációs (SHG) képalkotást általában endogén rostos struktúrák megfigyelésére használják, és az SHG intenzitása nagymértékben függ a beeső nyaláb polarizációs iránya és a célmolekula orientációs tengelye közötti relatív szögtől. Ezért a polarizáció alapú SHG képalkotás (P-SHG) képes a célmolekulák szerkezeti információihoz jutni az SHG jel intenzitása és a beeső sugár polarizációs állapota közötti funkcionális kapcsolat elemzésével. Manapság az orvosi és biológiai elemzés fontos eszközeként használják.
Egyszerű SHG-képek készíthetők a hagyományos két{0}}fotonos gerjesztésű fluoreszcens mikroszkóppal (TPM). A legtöbb TPM-rendszer továbbra is egysugaras letapogatási módszert használ, amely mozgó tükörre épül, amelynek időbeli felbontása a tükör fizikai mozgási sebességétől függ. A gyorsabb képalkotás érdekében a TPM rendszer többsugaras szkennelési módszert is alkalmazhat (1A. ábra), amelyek közül az egyik egy forgó lemezszkennelő egység használata. Ez az egység egy koaxiális mikrolencsés lemezjátszóból és egy tűlyukú forgótányérból áll, a mikrolencsék és a tűlyukak mindegyik lemezjátszón egynek--az-egynek felelnek meg.
Amikor a lézer áthalad a mikrolencsés forgótányéron, a hullámfront több mikrolencsét takar. A különböző mikrolencsék a hullámfront különböző részeit különböző pozíciókba fókuszálják, és áthaladnak a megfelelő tűlyukakon, több mikronyalábot képezve. Ezek a mintát érő mikronyalábok egyszerre több jelet is gerjeszthetnek. Ezek a jelek a mikroszkóprendszer mentén visszatérnek, és ismét áthaladnak a tűlyukon, végül pedig a két forgótányér közötti dikroikus tükör visszaverődik a detektorba. A fényforrásként gyakran használt módú-zárolt titán-zafír lézer azonban nem rendelkezik elegendő energiával, ami korlátozza a gerjesztő sugarak számát, és kis effektív látómezőt (FOV) eredményez a TPM (TPM-SD) számára egy forgó letapogató egységgel.
Ai Goto et al. célja a nagy-sebességű P-SHG képalkotás nagy látómezővel (FOV) a TPM-SD rendszer segítségével. Ezért egy Yb alapú, nagyobb csúcsteljesítményű lézerforrást vezettek be a TPM{5}}SD rendszerbe.
Ez az általuk kifejlesztett TPM{0}}SD rendszer sematikus diagramja. A rendszer fényforrása egy Yb alapú lézer, amely 1042 nm középső hullámhosszú, 4 W átlagos teljesítményű, 300 fs impulzusszélességű, 10 MHz ismétlési frekvenciájú femtoszekundumos impulzusokat generál. A rendszer először egy félhullámú lemezen és egy Glan lézerpolarizátoron keresztül állítja be a lézerteljesítményt, majd egy sugártágítón keresztül kiterjeszti a sugarat. A kiterjesztett nyaláb bekerül a forgótányér letapogató egységbe, és a letapogató egységből kilépő több mikronyaláb a minta több pontjára fókuszál egy vízbe merülő objektívlencsén keresztül. Az objektív lencséjénél a fénysugár polarizációs állapotának beállítására egy félhullám- és egy negyedhullám-lemezt helyeznek el a gerjesztőnyaláb optikai útján.
