真共聚焦光谱显微镜系统的声光学

为了理解声光器件是如何工作的(至少在原理上)，我们需要考虑周期结构中的衍射现象。最著名的是在光学和光学仪器中广泛使用的光栅。这里简单回顾一下:两个相干波可以相互干扰。如果它们处于同一相位，则干涉是建设性的，即振幅将相加。如果相位差为π(180°)，如果入射波具有相同的振幅，则干涉是破坏性的，振幅为零。如果一个平面波阵面与一个规则的图形(网格)相互作用，每个网格结构产生一个球形波。所有的球形波相互干扰并产生周期性的模式。这种干涉图样由栅格元素的距离d、入射光的波长λ和被照亮的元素N的数量决定。网格元素的大小导致模式的调制(由包络函数描述)。

电磁波也可以与三维晶格的元素相互作用。一个著名的应用是x射线衍射的结构分析[1]．这是帮助科学家了解蛋白质结构和功能的主要技术之一。x射线晶体学是基于这样一个事实，即进入晶体的波会与它的成分相互作用。在拟合条件下，波会发生偏转。要做到这一点，从晶格元素辐射出来的波的路径差必须是波长的倍数。如果是这种情况，波是相的，可以建设性地干涉。布拉格条件[２]公式如下:

Nλ = 2d sinα

请参见图2进行解释。在x射线晶体学中，一束x射线照射在样品上。这里，晶格的元素是原子。由于波长必须与原子大小一致，x射线是一种合适的电磁照明源。衍射图样在射线穿过样品后被记录下来。以不同的角度记录模式序列，例如通过旋转样本。根据这些信息，人们可以重建晶格结构，即晶体中原子的组成和空间排列。

为了将这种现象转化为可见光，我们需要更大的晶格常数(即:层之间的距离d)。产生这种晶格的一种可能性是在光学晶体中诱导机械波。机械波使介质中的元素产生一种密度有高有低的模式，这从空气中声波引起的密度模式中很好地了解到。因此，这种晶格是由折射率的周期性变化构成的，因此称为折射率光栅[3]．机械(声波)波的周期取决于施加声音的频率。为了满足可见光的条件，应用的频率在几百兆赫左右。

如果光束和声波满足布拉格条件，光与声波的相互作用(布里渊散射)可以近似地与上面所示的模型相比较。

事实上，偏转发生在两个方向，+1^圣和1^圣垂直偏振的阶数。为了简单起见，在这里我们可以省略偏振效应。共聚焦显微镜中的光源是激光器及其衍生物，它们发出强偏振光。结果是-1^圣这里没有秩序，可以忽略不计。通过的光(0^th阶)当然与偏振无关。

光只有在满足布拉格条件时才会衍射到一阶。由于声波的频率是可调的，因此可以控制复合光束的哪种颜色进入一阶方向。所有其他颜色将通过晶体不变，并退出在零阶。此外，可以将一系列不同频率的声波叠加，以便从一阶方向收集一组颜色。这使得单线可以从一组激光中分离出来，或者——更现代的方法——从白光激光源中选择可调谐的彩色带。

声光效应的效率取决于声波的振幅。随着声波能量的增加，相应颜色的衍射光的比例会增加，直到完全衍射(饱和)。这允许在一级调节出口光束的强度，因此在样品上的照明强度。每种颜色都是可衰减的。

通过对一系列颜色进行频率色彩控制和幅度强度控制这两个功能，就足以形成一个具有独立调光强度的多色可调光源，构成一个声光可调滤光片。

声波是由粘在声光晶体上的压电元件产生的。为了避免声波的散射或驻波的产生，在晶体的另一侧加了一个吸收器。

压电元件由振幅和频率可控的功率放大器驱动。通常情况下，声波的频率在70到160兆赫之间。每种颜色需要单独的频率;对于一组颜色的同时应用，在馈送到放大器之前，会产生一组频率并进行叠加。

用声光分束器(国内企业）[4]．原则上(但不是特别)，它是一个以反向模式操作的AOTF。当晶体被调整到反射所需波长时，人们也可以从一阶方向反向注入恰好该波长。在这种情况下，光轴是通过晶体的非衍射路径。因此，激发光将沿光轴退出晶体，并能激发荧光色素。另一方面，发射具有斯托克斯位移，即具有不同的波长。因此，发射不会在一阶退出，而只是通过晶体和沿光轴退出。发射光可以被馈送到光谱探测器，例如SP来自徕卡微系统的探测器。188金宝搏的网址在这种情况下，使用非衍射路径，并且晶体被设计成激发颜色从一阶方向同轴来，发射将被衍射分散。这必须通过适当的措施予以补偿。因此,国内企业不是简单的反向模式的AOTF，而是需要更多的设计工作，并且更加复杂。

在经典系统中，必须为激发选择激光管、选线滤波器和衰减滤波器，以及适合所选激发颜色和预期发射波段的适当分束镜。这需要大量的平面光学滤光器装置，并充分了解哪一种分束镜应被哪种激发颜色与哪一组荧光染料组合激活。结合声光解决方案与AOTF和国内企业[5]不需要任何平面光学设备，但在一侧提供无限多的潜在激发线，并使操作员不必反复思考哪个分束镜最适合(也不会意外地使用错误的分束器!)AOTF和国内企业由一个手柄同步控制，这是激励颜色的选择器。这就是它的全部。其余部分由显微镜系统自动设置和调整。

这是一个很大的优势，系统配备激光电池提供大约8个不同的激光线。对于配备白光激光源的系统，这是唯一合理的设计概念。激发的颜色可以由AOTF从白色光谱中拨出，并且这些颜色的注入是由AOTF自动保证的国内企业-将辐射无损且有效地传输到探测系统。这是唯一的系统，允许无级滚动通过光谱激发。因此，如果使用白光激光源，只需要一个国内企业系统能够有效地完成这一任务。

1. Friedrich W, Knipping P and Laue M: http://en.wikipedia.org/wiki/Max_von_Laue。巴伐利亚科学院，5月4日^th(1912)。
2. 布拉格力宏:http://electrons.wikidot.com/x-ray-diffraction-and-bragg-s-law。
3. 折射率光栅:http://en.wikipedia.org/wiki/Acousto-optics。
4. 恩格尔哈特J等人:激光扫描显微。专利号DE19944148 A1, 9月15日提交^th, 1999年。
5. Borlinghaus RT:白色共焦。欧元。理论物理。J. Plus 127: 131 (2012);doi: 10.1140 / epjp / i2012 - 12131 x。