雙光子軸向隨機掃描方法研究.pdf

1、雙光子顯微成像技術由于其成像深度大，對生物組織光損傷小等特點，成為了神經科學領域的重要研究工具；最近發(fā)展起來的二維隨機掃描雙光子顯微成像技術，能夠實現快速、跳躍式的掃描，展示了研究神經功能活動的優(yōu)勢；并且得益于飛秒激光經過角色散器件后的傳輸理論的完善和發(fā)展，高效、結構緊湊的雙光子隨機掃描顯微成像系統進一步走向實用和成熟。實際的神經元網絡都是分布在三維空間的，與神經活動相關聯的快速熒光信號也是分布在三維空間的，所以在二維隨機掃描技術比較成

2、熟的基礎上，發(fā)展三維隨機掃描技術是一個必然的趨勢，也是一個重大挑戰(zhàn)。由于二維隨機掃描已經比較成熟，為了發(fā)展三維隨機掃描，關鍵問題是：光軸方向的快速隨機掃描，即：能夠使聚焦點快速的、跳躍式的在光軸方向移動。傳統的軸向掃描采用機械移動樣品或者物鏡的方式，受限于機械慣性，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掃描的一個可能途徑，但是現有的器件運用到顯微成像系統中時，會遇到軸向掃描范圍小，色散不能完全補償導致脈沖寬度展寬等問

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

4、 x 擴束相對于不擴束的情況，補償得到的最小脈沖寬度減小了50％，補償距離（角色散器件之間的距離）縮短了70 cm。
　　 （2）發(fā)展了結合聲光偏轉器快速調節(jié)色散和時間聚焦技術的快速軸向隨機掃描方法。揭示了時間焦點移動位置與聲光偏轉器聲波頻率的關系。當聲光偏轉器聲波頻率從80 MHz 到120 MHz 時，時間焦點移動的距離為9 μm。時間焦點位置變化的速度在10μs 量級，只決定于聲光偏轉器的渡越時間。
　　 （3）研