雙光子軸向隨機(jī)掃描方法研究.pdf

1、雙光子顯微成像技術(shù)由于其成像深度大，對生物組織光損傷小等特點(diǎn)，成為了神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的重要研究工具；最近發(fā)展起來的二維隨機(jī)掃描雙光子顯微成像技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速、跳躍式的掃描，展示了研究神經(jīng)功能活動(dòng)的優(yōu)勢；并且得益于飛秒激光經(jīng)過角色散器件后的傳輸理論的完善和發(fā)展，高效、結(jié)構(gòu)緊湊的雙光子隨機(jī)掃描顯微成像系統(tǒng)進(jìn)一步走向?qū)嵱煤统墒?。?shí)際的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)都是分布在三維空間的，與神經(jīng)活動(dòng)相關(guān)聯(lián)的快速熒光信號(hào)也是分布在三維空間的，所以在二維隨機(jī)掃描技術(shù)比較成

2、熟的基礎(chǔ)上，發(fā)展三維隨機(jī)掃描技術(shù)是一個(gè)必然的趨勢，也是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。由于二維隨機(jī)掃描已經(jīng)比較成熟，為了發(fā)展三維隨機(jī)掃描，關(guān)鍵問題是：光軸方向的快速隨機(jī)掃描，即：能夠使聚焦點(diǎn)快速的、跳躍式的在光軸方向移動(dòng)。傳統(tǒng)的軸向掃描采用機(jī)械移動(dòng)樣品或者物鏡的方式，受限于機(jī)械慣性，速度慢。通過改變光束發(fā)散角的軸向掃描方式是解決快速軸向隨機(jī)掃描的一個(gè)可能途徑，但是現(xiàn)有的器件運(yùn)用到顯微成像系統(tǒng)中時(shí)，會(huì)遇到軸向掃描范圍小，色散不能完全補(bǔ)償導(dǎo)致脈沖寬度展寬等問

3、題。
　　 為了發(fā)展出高效、實(shí)用的快速軸向隨機(jī)掃描裝置，需要在色散補(bǔ)償方法和掃描機(jī)制上展開研究。本文圍繞新的色散補(bǔ)償方案和新型快速軸向隨機(jī)掃描方法展開研究，得到主要?jiǎng)?chuàng)新結(jié)論如下：
　　 （1）揭示了飛秒激光光束尺寸影響角色散器件色散補(bǔ)償能力的規(guī)律。發(fā)現(xiàn)：擴(kuò)束的飛秒激光相對于不擴(kuò)束的，可以使角色散器件（以棱鏡為例）能夠提供的最大負(fù)色散量提升一個(gè)量級(jí)；用角色散器件（棱鏡或者聲光偏轉(zhuǎn)器）補(bǔ)償系統(tǒng)中的正色散時(shí)，飛秒激光2 x和4

4、 x 擴(kuò)束相對于不擴(kuò)束的情況，補(bǔ)償?shù)玫降淖钚∶}沖寬度減小了50％，補(bǔ)償距離（角色散器件之間的距離）縮短了70 cm。
　　 （2）發(fā)展了結(jié)合聲光偏轉(zhuǎn)器快速調(diào)節(jié)色散和時(shí)間聚焦技術(shù)的快速軸向隨機(jī)掃描方法。揭示了時(shí)間焦點(diǎn)移動(dòng)位置與聲光偏轉(zhuǎn)器聲波頻率的關(guān)系。當(dāng)聲光偏轉(zhuǎn)器聲波頻率從80 MHz 到120 MHz 時(shí)，時(shí)間焦點(diǎn)移動(dòng)的距離為9 μm。時(shí)間焦點(diǎn)位置變化的速度在10μs 量級(jí)，只決定于聲光偏轉(zhuǎn)器的渡越時(shí)間。
　　 （3）研