เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ Picosecond Pulsed สำหรับการแก้ปัญหาเวลา

ออกแบบและผลิตโดย Becker & Hickl - bh นำเสนอเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ไดโอดพัลซ์ระดับ picosecond ที่ความยาวคลื่นตั้งแต่ UV ถึง NIR เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบพัลส์ bh picosecond ทั้งหมดมีจำหน่ายด้วยแหล่งจ่ายไฟ +12V แบบธรรมดา หรือจากพอร์ต USB ของพีซีหรือแล็ปท็อป คุณสมบัติอื่นๆ ได้แก่ ความถี่การทำซ้ำสูง ความกว้างพัลส์สั้น จังหวะเวลาและความเสถียรของพลังงานที่ไม่เคยมีมาก่อน และระดับสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าที่ต่ำมาก ระบบอิเล็กทรอนิกส์ขับเคลื่อนแบบสมบูรณ์ถูกรวมเข้ากับโมดูลเลเซอร์ โมดูลเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ bh ทั้งหมดเข้ากันได้โดยตรงกับโมดูล bh TCSPC ค้นหาข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการใช้งานต่างๆ ของผลิตภัณฑ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบ TCSPC ได้ในหน้านี้
การใช้งานของเลเซอร์พัลซิ่งแบบสั้นเกินขีดมีอะไรบ้าง?
การประยุกต์ใช้งานที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งสำหรับเลเซอร์พัลซ์แบบสั้นเกินขีดคือเทคนิคการสแกนภาพด้วยการถ่ายภาพตลอดอายุการเรืองแสง (FLIM) โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เทคนิค TCSPC-FLIM มีพื้นฐานมาจากการใช้ลำแสงเลเซอร์แบบพัลซ์จากเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบพัลส์เพื่อสแกนตัวอย่างที่อัตราการทำซ้ำสูง จากนั้นจึงตรวจจับโฟตอนเดี่ยวของสัญญาณเรืองแสงที่ส่งกลับจากตัวอย่าง โฟตอนแต่ละตัวจะถูกกำหนดตามเวลาในรอบพัลส์เลเซอร์และตำแหน่งของจุดเลเซอร์ในพื้นที่ที่สแกนในขณะที่ตรวจจับ กระบวนการบันทึกจะสร้างการกระจายโฟตอนเหนือพารามิเตอร์เหล่านี้ ผลลัพธ์สามารถดูได้เป็นการจัดเรียงพิกเซล โดยแต่ละพิกเซลมีเส้นโค้งการสลายตัวของฟลูออเรสเซนซ์ที่สมบูรณ์ตลอดช่องเวลาจำนวนมาก
Ophthalmic FLIM เป็นหนึ่งในขอบเขตการใช้งานสำหรับเลเซอร์พัลซ์ ข้อกำหนดพื้นฐานสำหรับการใช้งานนี้คือการกระตุ้นดวงตามนุษย์ด้วยเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ขนาดพิโควินาที
ลำแสงที่สร้างโดยเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์จะถูกฉายโดยตรงไปยังรูม่านตาของผู้ป่วย ตรวจพบการเรืองแสงที่กลับมาจากพื้นหลังของดวงตา (อวัยวะ) ในช่องความยาวคลื่นสองช่อง
แสงนี้ถูกจับโดยโมดูล FLIM ซึ่งจะถูกประมวลผลและประเมินระหว่างการถ่ายภาพ ข้อมูลที่ได้รับในลักษณะนี้ทำให้แพทย์มีโอกาสรับรู้โรคตาในระยะเริ่มแรกได้เร็วกว่าวิธีการที่มีอยู่ในปัจจุบันมาก ดังนั้นเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบพัลซ์จึงสามารถช่วยได้มากในการตรวจหาและการรักษาตั้งแต่เนิ่นๆ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงคุณภาพชีวิตของผู้ป่วยได้ในที่สุด
กล่องเลเซอร์สี่เหลี่ยม LHB-104 หรือที่เรียกว่า "ศูนย์กลางเลเซอร์" ประกอบด้วยเลเซอร์ BDS-SM มากถึงสี่ตัว ลำแสงของเลเซอร์แต่ละตัวจะถูกรวมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างเอาต์พุตลำแสงอิสระเดี่ยวหรือเอาต์พุตคู่ไฟเบอร์โหมดเดี่ยว กล่องหนึ่งประกอบด้วยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ควบคุมที่เทียบเท่ากับกล่องสวิตช์เลเซอร์ LSB-C และ LSB-C2 นอกจากนี้ กล่องเลเซอร์ยังประกอบด้วยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มัลติเพล็กซ์ความยาวคลื่น อินพุตสัญญาณควบคุม และเอาต์พุตสัญญาณการซิงโครไนซ์โมดูล TCSPC
Becker & Hickl มีเลเซอร์หลากหลายประเภทเพื่อวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกัน มีตัวอย่างสองตัวอย่างที่ควรค่าแก่การกล่าวถึงที่นี่:
เลเซอร์โหมดเดียว (BDS-SM)
มัลติโหมดเลเซอร์ (BDS-MM)
เนื่องจากระยะที่มองเห็นได้ เลเซอร์ทั้ง SM และ MM จึงเหมาะสำหรับการใช้งานพิเศษ ซึ่งรวมถึงการกระตุ้นฟลูออโรฟอร์ต่างๆ และตัวอย่างทางชีววิทยาอื่นๆ ตามที่อธิบายไว้ด้านล่าง
สองตัวอย่างของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์พัลซ์แบบ picosecond
เลเซอร์ bh BDL และ BDS ได้รับการออกแบบสำหรับการใช้งานด้วยกล้องจุลทรรศน์สแกนด้วยเลเซอร์ มีอินพุตควบคุมการเปิด/ปิดที่รวดเร็วซึ่งจะปิดเลเซอร์ในระหว่างที่ลำแสงย้อนกลับของเครื่องสแกนและเลเซอร์หลายตัวแบบมัลติเพล็กซ์ที่มีความยาวคลื่นต่างกัน
เลเซอร์ BDS-SM ซีรี่ส์
เลเซอร์ BDS-SM เป็นโมดูลขนาดเล็กที่มีขนาดเพียง 40 มม. x 70 มม. x 120 มม. เลเซอร์ประกอบด้วยชุดอิเล็กทรอนิกส์ของไดรฟ์ทั้งหมด ตามปกติ พวกมันขับเคลื่อนด้วย +12 V แบบธรรมดา เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์พิโควินาที BDS ให้เอาต์พุตไฟเบอร์ทั้งแบบลำแสงอิสระและแบบโหมดเดี่ยว ความกว้างของพัลส์อยู่ที่ประมาณ 50 ถึง 90 ps และความถี่การเกิดซ้ำของพัลส์สามารถสลับได้ระหว่าง 80 MHz, 50 MHz, 20 MHz และ CW รูปภาพ
มีความยาวคลื่นเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ทั่วไปทั้งหมดตั้งแต่ 375 นาโนเมตรถึง 785 นาโนเมตร และมีความยาวคลื่นอื่นๆ ให้เลือกตามคำขอ เลเซอร์ BDS ใช้หลักการขับเคลื่อนเดียวกันกับเลเซอร์ BDL-SMN เป็นผลให้สามารถได้รับพลังงานแสงสูงด้วยรูปร่างพัลส์ที่ดี ดังแสดงในรูปด้านล่าง กำลังเอาต์พุตจะเสถียรโดยวงจรควบคุมภายในและทำให้สามารถสลับได้อย่างรวดเร็ว เลเซอร์มีเอาต์พุตการซิงโครไนซ์ไปยังโมดูล bh TCSPC และอินพุตทริกเกอร์สำหรับการซิงโครไนซ์กับเลเซอร์พัลซ์อื่นๆ
เลเซอร์ซีรีส์ BDS-MM
เลเซอร์ BDS-MM เป็นเลเซอร์ BDS-SM เวอร์ชันมัลติโหมด กำลังเทียบเท่า CW ที่ความถี่การทำซ้ำ 50 MHz อาจสูงถึง 20 ถึง 50 mW ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับเวอร์ชันความยาวคลื่น ในกรณีส่วนใหญ่ รูปร่างของพัลส์จะปราศจากส่วนหางและแบ็คพัลส์ที่มากกว่า 10 mW อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องมีการประนีประนอมบางประการ: เนื่องจากข้อจำกัดด้านการใช้พลังงาน เลเซอร์ MM จึงไม่มีโหมดต่อเนื่อง และแสงจึงยากต่อการโฟกัสไปที่ไฟเบอร์ หากเป็นไปได้ ควรใช้เลเซอร์ BDS-MM กับฟรีบีมออปติก หรือหากไม่สามารถหลีกเลี่ยงการเชื่อมต่อไฟเบอร์ได้ ควรใช้ไฟเบอร์มัลติโหมดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางแกน 200 μm ขึ้นไป
การใช้งานและเทคนิคที่น่าสนใจยิ่งขึ้นสำหรับเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบพัลซ์แบบพิโควินาที
ดังที่แสดงไว้ข้างต้น เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบพัลซ์แบบ picosecond ของ bh มีข้อดีหลายประการที่เปิดการใช้งานได้หลากหลาย สิ่งเหล่านี้บางส่วนจะแสดงให้เห็นที่นี่
เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบพัลส์ Picosecond สำหรับ FLIM พร้อมมัลติเพล็กซ์ความยาวคลื่นกระตุ้น
FLIM สามารถใช้ร่วมกับมัลติเพล็กซ์ความยาวคลื่นกระตุ้นได้ ส่วนขยายของหลักการนี้ไปยัง FLIM แสดงอยู่ด้านล่าง การกระตุ้นที่ความยาวคลื่นต่างกันเกิดขึ้นได้จากการมัลติเพล็กซ์ (สวิตช์เปิด/ปิด) เลเซอร์หลายตัว หรือโดยการสลับความยาวคลื่นของตัวกรองแบบปรับได้อะคูสติกออปติก (AOTF) ของเลเซอร์ซูเปอร์คอนตินิวอัม สัญญาณมัลติเพล็กซ์ที่ระบุว่าเลเซอร์ใด (หรือความยาวคลื่นเลเซอร์) ที่ทำงานอยู่จะถูกป้อนไปยังอินพุตการกำหนดเส้นทางของโมดูล TCSPC สัญญาณบ่งบอกถึงความยาวคลื่นการกระตุ้น
โมดูล TCSPC กำลังดำเนินการตามกระบวนการรับ FLIM ปกติ โดยจะสร้างการกระจายโฟตอนเหนือพิกัดของพื้นที่ที่สแกน เวลาของโฟตอน และความยาวคลื่นในการกระตุ้น ผลลัพธ์ที่ได้คือชุดข้อมูลที่มีรูปภาพของความยาวคลื่นการกระตุ้นแต่ละรายการ นอกจากนี้ยังสามารถตีความได้ว่าเป็นภาพเดียวที่มีเส้นโค้งการสลายตัวหลายจุดในพิกเซลสำหรับความยาวคลื่นการกระตุ้นที่แตกต่างกัน
เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบพัลส์ Picosecond สำหรับการถ่ายภาพเมตาบอลิซึม
เป็นตัวอย่างการใช้งานที่สำคัญมากของเลเซอร์พัลซิ่งแบบเกินขีดเกิน มีการกล่าวถึงการถ่ายภาพเมตาบอลิซึมไว้ที่นี่ โดยอาศัยการได้มาซึ่งภาพถ่ายอายุการใช้งานเรืองแสงของ NAD(P)H และ FAD พร้อมๆ กัน เพื่อลดผลกระทบของการฟอกสีด้วยแสง การเบี่ยงเบนโฟกัส และการเปลี่ยนแปลงทางสรีรวิทยาที่เป็นไปได้ สามารถรับได้โดยเลเซอร์มัลติเพล็กซ์และมัลติเพล็กซ์ TCSPC สัญญาณในช่วงความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมาทั้งสองช่วงจะถูกบันทึกโดยช่อง FLIM สองช่องคู่ขนาน องค์ประกอบหลักคือระบบ FLIM สแกนคอนโฟคอล bh DCS{0}} ดังนั้น เมแทบอลิซึม FLIM โดยใช้ DCS-120 ต้องการเพียงการใช้เลเซอร์ที่ถูกต้องและการเลือกพารามิเตอร์การตั้งค่าที่ถูกต้องเท่านั้น
รูปที่ติดกันแสดงประสิทธิภาพของระบบโดยใช้เซลล์กระเพาะปัสสาวะของมนุษย์ รูปภาพ tm, รูปภาพ a1 และรูปภาพ FLIRR สามารถแยกแยะระหว่างเซลล์ปกติและเซลล์เนื้องอกได้ ข้อมูลที่ได้จากการถ่ายภาพเมตาบอลิซึมนั้นมีคุณค่าอย่างยิ่งต่อการบำบัด
ซิงโครไนซ์ FLIM/PLIM โดยใช้เลเซอร์พัลซ์แบบสั้นเกินขีด
นอกจากนี้ เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบพัลส์ระดับ picosecond ยังเป็นส่วนประกอบสำคัญของ FLIM/PLIM ที่ซิงโครไนซ์
ตรงกันข้ามกับเทคนิคอื่นๆ ไม่ใช้พัลส์เลเซอร์เพียงตัวเดียวแต่หลายตัวต่อรอบการกระตุ้นด้วยฟอสฟอรัส
เลเซอร์กระตุ้นของระบบ FLIM ได้รับการมอดูเลตด้วยรอบในช่วงไมโครวินาทีหรือมิลลิวินาที
ระบบจะสร้างภาพ FLIM ตามเวลาโฟตอนในรอบพัลส์เลเซอร์และภาพ PLIM จากเวลาในวงจรการปรับ รูปที่อยู่ติดกันแสดงให้เห็นหลักการ
เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบพัลส์ Picosecond และมัลติเพล็กซ์เชิงพื้นที่
การผสมผสานระหว่างมัลติเพล็กซ์ความยาวคลื่นและมัลติเพล็กซ์เชิงพื้นที่ใช้สำหรับการตรวจเอกซเรย์ด้วยแสงแบบกระจาย (DOT) หลักการดังแสดงในรูปด้านล่าง ลำแสงเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ขนาด picosecond หลายลำรวมกันเป็นเส้นใยเดี่ยวและมัลติเพล็กซ์ ไฟเบอร์ที่มีเลเซอร์รวมเชื่อมต่อกับอินพุตของสวิตช์ไฟเบอร์ออปติกหรือแบ่งออกเป็นส่วนที่เชื่อมต่อกับสวิตช์ไฟเบอร์ออปติกหลายตัว สวิตช์ไฟเบอร์จะมัลติเพล็กซ์แสงเลเซอร์ (ซึ่งประกอบด้วยความยาวคลื่นเลเซอร์มัลติเพล็กซ์หลายอัน) อย่างต่อเนื่องเป็นไฟเบอร์จำนวนมากที่ส่งแสงไปยังตำแหน่งตัวอย่างที่แตกต่างกัน
แสงที่ส่งผ่านแบบกระจายจะถูกบันทึกโดยเครื่องตรวจจับจำนวนมากที่ตำแหน่งอื่นๆ ในกลุ่มตัวอย่าง สัญญาณของเครื่องตรวจจับจะถูกบันทึกโดยโมดูล TCSPC แบบขนานพร้อมอินพุต "ช่องสัญญาณ" สำหรับการบันทึกสัญญาณจากตำแหน่งแหล่งกำเนิดที่แตกต่างกันและความยาวคลื่นเลเซอร์ลงในบล็อกหน่วยความจำรูปคลื่นที่แตกต่างกัน เพื่อเพิ่มจำนวนตำแหน่งเครื่องตรวจจับ เราเตอร์สามารถขยายการตั้งค่าได้