用于荧光显微镜的光束整形器
参考项目
基于激光的宽场荧光显微镜的定量分析
如果使用能量不均匀的高斯光束照射，基于激光的宽场荧光显微镜的测量图像分析很快就会失效，而使用a|TopShape则可以大大改善这种情况。美国CREOL研究所显微镜装置中的高斯光束被a|TopShape整形器转换为均匀的平顶光束，可以确保载玻片的均匀照明，从而使图像更清晰易读。
项目细节
基于激光的荧光显微镜中的定量分析由于高斯轮廓的不均匀照明而变得更加困难。许多因素，如光源和照明光学器件，会影响均匀性。当需要研究几百微米或毫米量级的FOV（视场）时，这些特征尤其具有挑战性。测量图像通过图像网格在荧光显微镜中生成。单独的图像是以这样一种方式拍摄的，即边缘重叠，然后可以在后处理中将它们放在一起。如果照明不均匀，最终的合成图像将在每个单独的图像周围具有变暗的边缘。因此，细胞和组织样本的测量变得不可靠。不均匀照明的另一个缺点是分子的不均匀活化。那些最靠近光束中心的荧光比那些在外围的荧光更强。
项目实现过程
来自美国的佛罗里达大学光学与光子学院的一组研究人员通过在显微镜装置中使用艾斯飞睿的光束整形器a|TopShape和a|BeamExpander克服了这些问题（图b）。两款产品均由高精度非球面透镜制成，非常紧凑，具有折射效果。通过这种方式，可以构建平场照明（FFI）的设置，该设置将高斯光束形成均匀的平顶光束（a）。a|TopShape光束整形器对入射激光束的尺寸波动具有极高的容忍度，可接受±10%的尺寸变化。它的工作原理是无色的，长的工作距离（f）和FFI的高空间相干性使得用于多色单分子成像的Epi（从样品的一侧照射和检测）和TIRF（全内反射荧光）照射均匀。所用组分的光学性能无与伦比，均匀性>95%，提供了均匀的照明（c&d），从而实现了分子的均匀活化。此外，FFI设置实现了无边界拼接成像，图像重叠最小（5%）。
FFI的实验表征
特征:
(a) 光束整形示意图。
(b) 实验设置：通过使用TopShape后面的BeamExpander将FFI扩展1.5倍，为样品提供全FOV照明。
(c) 使用焦距为80mm或150mm的透镜对高斯光束进行准直，FFI光束可携带也可不携带光圈。
(d) 沿虚线从（c）中的梁剖面截取的横截面，（d）中的垂直虚线表示摄像机的检测区域。
(e) FFI的激发波长依赖性。从带有虹膜的多色图像（插入物）中获取的横截面。
(f) 638nm激光下FFI的工作距离依赖性。
CREOL光学系统一览：
- a|TopShape和a|BeamExpander能够将高斯光束转换为平顶光束，从而实现幻灯片的均匀照明
- 照明的均匀度： > 95 %
更多信息: I. Khaw, B. Croop, J. Tang, A. Moehl, U. Fuchs, K. Y. Han: „Flat-field illumination for quantitative fluorescence imaging“, In: OPTICS EXPRESS, Vol. 26, No. 12, 11 Jun 2018, pp. 15276-15288
如果您想了解更多有关光束整形器原理的信息，请访问: asphericon.com/cn/solutions/products/beamtuning/beam-shaping/
