[发明专利]利用现有飞秒激光器的用于三光子显微镜的微焦耳放大器系统

说明书

本文公开了将广泛使用的用于2p显微镜的高重复率激光器转换成可以用于3p显微镜的光源的附加装置的想法。附加件包括这样的装置，即：该装置用以将高重复率(50MHz)激光源(激光器或OPO)的脉冲重复率降低到小于10MHz，这允许更高的脉冲能量同时保持合理的平均功率。如果高重复源在1250nm以下操作，则附加件在放大之前将种子光移位或加宽以覆盖1.3μm至1.8μm。如果高重复率源以1.3μm或约1.3μm操作，则附加件仅需要在下调重复率之后放大脉冲。在另一实施方案中，附加件在放大之前将1.3μm光移位或加宽以覆盖外至1.8μm的光谱范围。

相关申请的交叉参引

本申请要求于2018年10月5日提交的美国临时专利申请No.62/741,930的权益，该美国临时专利申请No.62/741,930的公开内容和全部方案在此通过参引并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及用于多光子显微镜的放大器系统，并且更具体地涉及用于三光子显微镜的微焦耳放大器系统，该微焦耳放大器系统利用用于双光子显微镜的现有飞秒激光器作为种子源。

背景技术

在生命科学中，荧光显微镜用于研究生物样品如单个细胞或者研究复杂结构(例如脑)。这些样品中的散射限制了成像深度。通常事实是，具有较长波长的光在组织中散射较少，因此允许其更深地穿透到例如脑中。双光子(2p)显微镜利用这一点，并且允许成像到例如脑中约1mm深。在双光子显微镜中，激发荧光团或荧光蛋白所需的波长与例如在共焦显微镜中使用的单光子激发相比加倍。三光子(3p)显微镜通过使用甚至更长波长的光而进一步采取该方法一个步骤。从单光子激发到双光子激发到三光子激发的缺点是这种事件发生的概率变得越来越小，并且因此需要更大的激光强度。对于3p显微镜，需要产生兆瓦峰值功率的μJ激光脉冲。能够产生这些峰值功率电平的系统是昂贵的并且以低重复率操作。

然而，除了3p成像能力之外，大多数科学家还需要进行2光子成像的能力，以便以高帧速率获取图像来捕获动态过程。仅当它们需要深入到样品中时才需要3p。2p激光器是大多数神经科学实验室中的工作主力。本公开背后的发明构思是生产一种可以与普遍存在的2p光源结合使用以产生μJ状态的光脉冲的装置。

发明内容

本文公开了一种生产附加装置的想法，该附加装置将广泛使用的用于2p显微镜的高重复率激光器转换成可以用于3p显微镜的光源。附加件包括这样的装置，即：该装置用以将高重复率(50MHz)激光源(激光器或OPO)的脉冲重复率降低到小于10MHz，这允许更高的脉冲能量同时保持合理的平均功率。如果高重复源在1250nm以下操作，则附加件在放大之前将种子光移位或加宽以覆盖1.3μm至1.8μm。如果高重复率源以1.3μm或约1.3μm操作，则附加件可能仅需要在下调重复率之后放大脉冲。在另一实施方案中，附加件在放大之前将1.3μm光移位或加宽以覆盖外至1.8μm的光谱范围。

这里的新颖性在于，该附加系统将通用的2p激光系统转换成3p激光系统，从而为客户提供独特的价值，这是因为客户可以享受这两种技术的好处。

在一个实施方式中，本发明提供了一种放大器系统，该放大器系统包括：光参量振荡器(OPO)，该光参量振荡器(OPO)产生具有第一重复率的光脉冲；脉冲拾取装置，该脉冲拾取装置配置成将脉冲从第一重复率减小至第二重复率；脉冲展宽模块，该脉冲展宽模块配置成增加来自脉冲拾取装置的脉冲的脉冲持续时间；放大器，该放大器配置成向较长持续时间脉冲提供增益；以及脉冲压缩模块，该脉冲压缩模块配置成减小放大脉冲的脉冲持续时间。

在一个实施方式中，本发明提供了一种放大器系统，该放大器系统包括：飞秒激光器，该飞秒激光器输出具有第一重复率的光脉冲；波长移位模块，该波长移位模块配置成对光脉冲的波长进行移位或加宽；脉冲拾取装置，该脉冲拾取装置配置成将脉冲从第一重复率减小至第二重复率；脉冲展宽模块，该脉冲展宽模块配置成增加来自脉冲拾取装置的脉冲的脉冲持续时间；放大器，该放大器配置成向较长持续时间脉冲提供增益；以及脉冲压缩模块，该脉冲压缩模块配置成减小放大脉冲的脉冲持续时间。