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安扬激光推出920nm飞秒光纤激光器
材料来源:安扬激光公众号           录入时间:2019/10/24 23:19:18

近年来,920 nm超快光纤激光器备受关注。它在生物成像、医学、材料特性分析和精细加工等方面具有广泛的应用前景;其倍频后产生的蓝光,可应用于激光显示、水下激光通信和激光照明;而结合光束变换技术产生的涡旋光束,又可应用于医学、通信、粒子操控、材料加工等领域。

为适应工业生产需求以及前沿科学研究,武汉安扬激光技术有限责任公司与深圳大学闫培光教授团队共同研发了一款工业级920 nm飞秒光纤激光器—FemtoNLTM -920 nm-1。

该激光器基于全光纤架构、模块化设计,输出波长位于~920 nm,平均输出功率1 W,脉冲宽度200 fs,重复频率40 MHz,具有接近衍射极限的光束质量,脉冲能量稳定。特别适用于双光子/多光子成像、生物医学及各种材料分析等应用。

图1. 安扬激光FemtoNLTM -920 nm-1光纤激光器

首先,扼要介绍920 nm飞秒激光器在生物成像方面的应用。超快激光器是生物成像的理想工具,具有高的峰值功率和低的瞬时光通量,因此能有效避免损坏被观测细胞。伴随着1990年W. Denk等制造出了第一台双光子扫描荧光显微镜[1],双光子显微成像技术在生物成像领域得到了迅速的发展。相对于现有成熟的共聚焦成像,双光子显微成像具有其明显优势:成像的深度。特别是在生物组织中,双光子显微成像术由于使用近红外波长激发,减小了对生物样品的光损伤,并增加了样品的穿透深度(图2)。共聚焦成像一般能做到200 μm的深度,而在活体生物组织中双光子成像可达到750 μm的深度,甚至到1 mm。假如是做过透明化处理的组织,双光子也可以做到4 mm-8 mm的成像深度。

图2. 共聚焦成像与双光子成像效果对比

研究发现,对生物成像仅需考虑少量荧光蛋白的吸收峰波长去激发即可。常用到的是绿色荧光蛋白的衍生物eGFP[2],在波长为920 nm的双光子吸收条件下激发eGFP的效率最高,充分满足双光子生物成像的要求,如图3所示。

尽管钛宝石激光器在700 nm~1100 nm可宽带调谐,但对生物成像的波长利用率太低。而且钛宝石激光器价格高昂,投入动辄超过百万;加之采用空间独立元件和水冷,钛宝石激光器的体积过大,不便于集成到小型的成像系统中。

与之对比,光纤激光器的性价比高、体积小巧、无须水冷,其全光纤化的特质更有利集成于成像系统中。因此,920 nm的飞秒光纤激光器是生物成像的一个理想选择。

图3. 主要荧光蛋白的双光子吸收谱

2019年,T.Hellerer等研究了920 nm光纤激光器在生物样品体外多光子显微术中的适用性[3]。实验证明,920 nm超快光纤激光器作为激发光源的多种非线性成像术,如双光子激发荧光成像术 (TPEF),二次谐波成像术(SHG)和受激发射损耗荧光成像术(STED)等,在更深的穿透深度、无标签成像能力或更高的空间分辨率方面,已超越传统显微成像技术。

图4. 双光子激发荧光显微成像的效果对比,920 nm(A)和780 nm(B)

图5. 采用920 nm光源的双光子激发荧光显微术可应用于不同标签

S. pneumoniae bacteria labeled with ATTO425(A), Human stem cell with ATTO594 labeled actin and DAPI labeled nucleus(B)

随着在众多领域的应用实践,此类显微镜将向手持型[4],插入型[5]等小型化的方向发展,这将推动双光子成像技术在术中肿瘤检测、癌症预防等医疗领域中的应用。

安扬激光推出的这款FemtoNLTM -920 nm-1光纤激光器,是一种多功能的光学利器,不仅能满足生物成像方面的科研需求,还在生物学、物理学、应用科学、半导体计量学和材料加工等领域具有广阔应用前景。

参考文献:

1. Denk W, Strickler J H, Webb W W. Two-photon laser scanning fluorescence microscopy[J]. Science, 1990, 248(4951):73-76.

2. Stearns, T., “Green flourescent protein: the green revolution,” Current Biology, 1995, 5(3):262-264.

3. Hellerer T, Polzer C, Friedenauer A,et al. 920-nm fiber laser delivering 100-fs pulses for nonlinear microscopy[C]//Multiphoton Microscopy in the Biomedical Sciences XIX. International Society for Optics and Photonics, 2019, 10882: 108820U.

4. Sherlock B, Warren S C, Alexandrov Y,et al. In vivo multiphoton microscopy using a handheld scanner with lateral and axial motion compensation[J]. Journal of biophotonics, 2018, 11(2): e201700131.

5. Levene M J, Dombeck D A, Kasischke K A, et al. In vivo multiphoton microscopy of deep brain tissue[J]. Journal of neurophysiology, 2004, 91(4): 1908-1912.

 


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