纯相位空间光调制器在STED超分辨与全息光镊中的应用

纯相位办公空间光配制器在STED超判断与全息成像光镊中的技术应用

 

一、 绪(xu)论

由于普通光学显微镜会受到光学衍射极(ji)限(xian)点的限制，分辨率只能达到可见光波长的一半左右，也就是200-300nm。而新型guan状病毒的直径大小是100nm左右。为了能够更精细地观测到生物样本，需要突破衍射极限的限制。进一步提升光学显微系统的分辨率。使用纯相位液晶空间光调制器（SLM）对光场进行调制，产生一个空腔(qiang)点光可以有办法提升系统的横向分辨率。不同于电子显微镜、近场光学显微镜的方法，这种远场光学显微技术能够满足生物体活体打样(yang)定制的观测需要。同样原理，高分辨率的液晶空间光调制器通过精细的相位调制可以产生多光阱，从而对微粒实时操控，由此发展了全息技术光镊技术。

美国Meadowlark Optics 公司专注于模拟寻址纯相位空间光调制器的设 计、开发和制造，有40多年的历史，该公司空间光(guang)(guang)调制器产品广(guang)泛应用于自适应光(guang)(guang)学，散射(she)或浑浊介质(zhi)中的(de)(de)成像(xiang)(xiang)，双(shuang)光(guang)(guang)子/三光(guang)(guang)子显微成像(xiang)(xiang)，光(guang)(guang)遗传(chuan)学，全(quan)息光(guang)(guang)镊(HOT)，脉冲整形，光(guang)(guang)学加密，量子计算，光(guang)(guang)通信，湍(tuan)流模拟等领域。其(qi)高(gao)(gao)分辨率、高(gao)(gao)刷(shua)新率、高(gao)(gao)填充(chong)因子的(de)(de)特点适用于生物成像(xiang)(xiang)及微操纵的(de)(de)工程中。

 

图1. Meadowlark 2022年(nian)新开发 1024 x 1024 1K自动刷(shua)新率SLM

二、 面积光解调器在STED超辨认中的系(xi)统(tong)分享

常见的的远场荧光显微镜，应用凝聚的远场光柱直射荧光碳原子结构，在衍射相应的都存在，样机上进行有一个不多规格的光点，光点至少的荧光碳原子结构全都被鼓励起消息队列出荧光。之所以光点内的样机的细节描写特色无发被鉴别，鼓励起光点的规格难于变，但但如果可以使光点内身边部位的荧光碳原子结构趋于某种特定的暗态而不荧光，可是试探器唯有探测到光点公司部位趋于亮态的荧光碳原子结构。如此就减太小了样机的更好荧光范围，因此翻过了衍射加速度的控制。

荧光分子需要在激发态进行自发辐射发出荧光，因此激发态是亮态，STED中采用荧光分子的基态作为暗态。强制使得荧光分子处于暗态的机制采用受激辐射。当激发光光斑内的荧光分子吸收了激发光处于激发态后，用另一束STED光束照射样品，使损耗光斑范围内的分子以受激辐射的方式回到基态，从而失去发射荧光的能力。即荧光萃灭。这个过程就叫做受增进射(she)耗用(yong)。

仅仅只有消耗光强为零或较低的地区内的荧光原子要以参与光辐射的形态进入激态提出荧光，也许就建立了有效性发亮使用面积的有效的减小。要为建立所诉效果，消耗光精准定位后的光点需充分考虑边侧光强极大，而基地渐趋零的必备条件，普通所采用的是方形的漏空光点，如图是2如图是。

图2. 提升光点（a），涡流光（b），密度生长的线复印（c）,荧光放大亮(liang)斑（d）.

    传统化的策略会用锥型相位板来诞生这些的涡旋压缩机压缩机散射，是选择纯相位位置光调变器诞生这些的涡旋压缩机压缩机光，有着越高的灵便性。使用该变拓扑结构荷数就会该变空芯区域环境的适用面积，进而诞生不相同高低的材料耗费光，来的提升STED设备的分别率。 

三、空间(jian)区域光(guang)熬制(zhi)器在互动投影(ying)光(guang)镊中的(de)技术应用说

光镊快速可用于操作兼备各种不同涂料性状的颗粒，宽度从几十奈米到几十毫米。可操作的颗粒收录体细胞生物工程机构、媒质球、金属材料制球、金属材料制微纳壳、碳奈米管、气泡图片、甚至会是空气当中中的雨滴。

图3一位由(you)26个(ge)(ge)长度0.99um的固体二阳极氧(yang)化硅球分为的五(wu)边(bian)形(xing)花型。五(wu)边(bian)形(xing)花型用日(ri)常(chang)动态(tai)全(quan)息投影光(guang)镊操控性成小个(ge)(ge)正方形(xing)。(a) 初(chu)始(shi)标准配置。(b) 进行(xing)16个(ge)(ge)步。(c) 38步后续(xu)的进而的位置。

传统与现代性光镊技术应用基本便用光柱偏转器(如扫描机软件振镜或许光控调制解调解调器)来满足多粒子截获与调控。那些技巧限制于电子元器件的扫描机软件几率或许光柱偏拐角的数值，难形成大阵列光阱。而通过纯相位液晶屏空间光调制解调解调器是可以轻松地形成任何排布的光阱阵列,兼备比传统与现代性单光镊会高的轻松性。

前景光调试(shi)器（Spatial Light Modulator，SLM）作为全息光(guang)镊的核心器件之一，它通过调制(zhi)入射光(guang)波(bo)前，在物镜焦(jiao)区(qu)得到预(yu)期的光(guang)场(chang)以对微粒进行(xing)捕获(huo)与(yu)操(cao)纵(zong)。Meadowlark 全息光(guang)镊系(xi)统可以产生多达(da)100多个(ge)光(guang)阱。

图4. 全息(xi)成像(xiang)光(guang)镊(nie)体系

 

图5. 点阵图

 

 

四、液晶屏发展(zhan)空间光调(diao)变器的的标(biao)准

1.     光进行率

我们对光镊适用来看，入射光耗油率反应着离子操纵的干劲。因而空間光解调器的光充分借助效率格外必要，环路优速常也会决定小的角度入射的方式来提升光充分借助效率。Meadowlark品牌能提供了标速版95.6%的环境光调试器，区分率达1920x1200，高颠覆率版手机像素1024x1024，注射成分97.2%和dielectric mirror coated型号（100%注射率）。镀介电膜型号的SLM条件反射率能满足*，两级衍射高效率能满足98%，且拥有高神经损伤域值，拥有高些的电机功率。

2. 更新率（上限(xian)达到1K Hz） 

高时运行速度就够实现了多水分子的随时超控，常常三维成像进行红外依据，Meadowlark SLM 够作为1064nm 好几百赫兹的刷新页面时速。

 

3.  区分率（1920x1200）

提鉴别率的SLM是撰写二维品牌定位营养的多样化相位函数值的很理想选定，这般能够对一个小像元区城的光场做政治权利调节作用。 

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