看声光可调谐滤波器（AOTF）如何增强共聚焦显微镜的多功能性

声光可调谐滤波器（AOTF）可以为共聚焦显微镜提供更加清晰的图像、逐像素波长的灵敏性以及精确的控制。Gooch & Housego（G&H）的生命科学部门副总裁Lars Sandström探讨了声光可调谐滤波将来的技术发展，以及如何进一步增强共聚焦显微镜在生命科学领域的多功能性。共聚焦显微镜，也称为共聚焦激光扫描显微镜（CLSM），在生命科学领域已经应用了数十年。从眼科到神经科学，共聚焦显微镜支持拯救生命相关的诊断、治疗和研究。如今，共聚焦显微镜的生物医学应用越来越依赖于声光可调滤波器（AOTF）。AOTF技术在精确控制、灵敏性和速度方面均有提升，增强了共聚焦显微镜的多功能性，从而进一步实现了科学创新。随着对更高图像清晰度和灵活性的需求增加，AOTF解决方案可能会变得更加复杂，并需要特定的综合专业技术和功能。
 

AOTF在共聚焦显微镜中的运用与优势

声光（AO）器件在共聚焦显微镜中有很多运用。您可以在调制、功率控制、激光切换、激光耦合和分光中找到它们的身影。对于单个扫描头来说，例如徕卡显微系统的STELLARIS 8，声光器件被广泛运用于其中。在它们之中，AOTF更是明星产品，提供了多种优势，包括：

徕卡STELLARIS 8 扫描头

 

更清晰的图像

检查活体组织的一个挑战是在标本移动或着分子变化/损坏之前，足够快速地获取多光谱数据。AOTF的多功能性允许分析活细胞，这意味着科学家们就可以完整而又准确的监测动态细胞过程，而这是基于 AOTF 系统所允许的快速光强与波长切换功能。荧光漂白后恢复（FRAP）、荧光漂白损失（FLIP）和用户定义的小标本区域（感兴趣的ROI区域）等技术已经取得了很大进展。

逐像素波长和功率控制

显微镜专家可以保持高扫描速率，同时逐像素调整图像。通过为每个波长和激光分配不同的光强来实现不同信号电平的平衡。AOTF的一个用途是选择特定的激发波长并设置白光激光器的功率。此外AOTF还可以与激光多路复用技术相结合。AOTF通过选择系统中的激光源并控制其强度来控制波长和光强。声光效应允许快速并精确地控制传输和波长选择。这样AOTF就可用作激发光的滤波器，并且可以实现“动态”调整。这与传统的介质带通滤波器形成鲜明对比，任何调整都意味着需要购买新的滤波器，并且显微镜中可以安装的滤波器数量始终存在限制。

 

 环境稳定性

共聚焦系统中的AOTF实现了对多条激光线路进行灵敏、快速的电子调谐和强度控制，消除了由温度或湿度变化引起的任何潜在频率漂移。而这些对于传统滤波转台/轮的机械调谐方案很难实现。

 

AOTF技术与指标

在AOTF中，射频驱动器输出的频率作用于压电换能器（通常是铌酸锂），从而产生声波并耦合到声光材料中，如二氧化碲(TeO2)。这就产生了一个衍射光栅，其中晶体的折射率随驱动器提供频率的变化而变化。当相干光束穿过晶体时，只有一窄带的频率满足相位匹配条件，并且以未衍射光束不同的角度离开晶体，而这便形成了衍射光斑。晶体的几何形状对于获得所需的性能至关重要。

 

大多数高端声光器件都是按标准规格制造的，G&H是一家行业内领先的专业公司，提供广泛的声光可调谐滤波器，覆盖从紫外到中红外的波长，带宽小于1nm。G&H的声光可调谐系统包括电子控制、可配置驱动器，以提高操作人员的灵活性和反馈稳定系统。无论工作环境条件如何，均可以保持波长的稳定性。G&H还运用了一项获得专利的旁瓣抑制技术，以提高频谱纯度。

 

至关重要的是，G&H是唯一一家自己生产优质二氧化碲(TeO2)晶体的光学系统开发商。这有助于保持一致性和可靠性，从而产生更加一致和可重复的AOTF产品。这种在G&H的美国工厂(符合ITAR标准)生长，抛光和制造晶体的能力确保了在行业内领先的地位。

 

下一代共聚焦显微镜的驱动力

从OEM客户和最终用户对共聚焦显微镜发展方向的反馈表明，多功能性是一个关键的要求。对单一系统内更大范围可调谐波长的需求正在增长，提供灵敏性，以及更好的使用价值。G&H已经可以提供单个滤波器可直接覆盖400-2400 nm的范围(而不是通常需要的三个滤波器)，并且在实现驱动的灵敏性方面更进一步。

 

温度效应的管理是另一个需要进一步创新的领域。AOTF对温度变化非常敏感。为了克服这个问题，G&H驱动器的设计基于一个可以保持温度的芯片，并且通过一个反馈系统调整输出以保持温度恒定，这个过程称为波长锁定。该集成系统还包含晶体结构、序列号等可访问信息。

 

为了最大限度地发挥AOTF系统的潜力及其对用户的好处，G&H在显微镜系统制造商设计下一代显微镜之初就开始与他们合作。这种协作方法使制造商能够提高他们的显微镜和超连续源的性能。

 

总而言之，经验已经证明了采用渐进式而不是革命性的方法来实现卓越的AOTF和驱动系统制造和集成的优势。G&H将与显微镜行业携手合作，不断改进AOTF技术，以跟上生命科学和生物光子学应用的快速发展步伐。