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激光应用中的滤光片和反光镜(三)

2020.6.16

多针孔共聚焦显微镜
目前的商业Nipkow Disk共聚焦显微镜有两个完全不同的光束路径。一个是使用初级的分色镜来反射激光因此它非常类似于标准的共聚焦配置。另一个类型是使用初级分色镜来传输激光到样本上,然后再反射这些激发光到探测器上(通常是CCD摄像机)。多个原因都使得这类透射分色镜的设计非常困难。二向色镜在一定程度上更难设计和制造是因为要求具有非常窄的透射波段和宽的反射波段。这种设计意味着甚至多得多的激光最终会被反射到探测器上(也在不同的角度),因此就需要特别强调发射片的过滤能力。由于这些透射镜片是放置在光程的聚焦路径中,基片的厚度是受到限制的,这使得波阵面畸变控制变得更加复杂。如图4所示。
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全内反射荧光显微镜,
TIRF

全内反射荧光显微镜最初的设计是使用棱镜使激光束射到细胞粘附的交界处。这样做存在着经常需要校准的问题,但是从滤波片的角度来看,它更直截了当,因为被反射的激光不会被物镜收集。然而,后来发展的通过镜头取景式的全内反射荧光显微镜带来了不一样的环境条件,即激光激发光事实上被物镜吸收了。因此,激光可以毫无损耗地被反射回光路中。反射光线要求全内反射荧光显微镜应用中的二向色镜和发射片能够处理大量的反射激光。激光会给任何往显微镜中看的人造成危险,因此它通常被激光遮挡设备过滤掉。

就像之前提到的,全内反射荧光镜应用中的二向色镜的反射波阵面畸变(RWD)必须满足相当严格的标准,通常是以表面平整度为每英寸0.1波和透射波面畸变为每英寸0.1波的基片开始。必须非常注意使用的镀膜不要给基片带来超过可接受水平以外的压力。由于系统可能会变化,这项要求可以是在镀膜之后每英寸0.25到1个波的表面平整度。

在全内反射荧光显微镜设备中,发射片的阻塞必须大于OD 6,并且在许多应用中甚至要达到OD 8。仅在几年前,这还被认为是不可能的,但由于使用了高级的镀膜技术和非常特殊的诀窍之后,现在已经是相当普遍了。

系统设计造成的高角度反射使得全内反射荧光显微镜成像相当复杂,因为干涉滤波片都被设计成0-5度的入射角。超过了这些圆锥角的光线会使滤波片的cut-on朝向紫外方向偏移,即朝向激光源。因此,此类系统中的高角度激发光要求发射片具有一定的cut-on红移来避免上述想光源的偏移效应同时还保持完整的阻塞能力。在这种情境下的另外一个选择是使用吸收玻璃,它不依赖于角度变化,但是能大大降低滤波片的透射率。

在目前的通过镜头取景式的全内反射荧光显微镜系统中,在立方盒(底座)中或靠近镜片二色镜中使用发射片是非常普遍的,并且在探测器发射片转轮前面放置第二个发射片。在立方盒中放置一个好的阻塞发射片也大大增加了安全系数,以防止某人意外地在没有激光锁的情况下向显微镜中看过去而受伤。这种双保险的发射设计在一些系统下是绝对有必要的,但在另外的系统中就不一定。这里需要说明的是标准的非常窄的凹口滤光片在这些应用中效果不是非常好,因为这种类型的滤光片对入射光的角度非常敏感。如下图5和图6。
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