טכנולוגיית הדמיה במיקרוסקופיה רב-פוטונית: מיקרוסקופיה-נפתרה בקיטוב-הדור השני של הדור הרמוני ועיבוד התמונה שלה
במיקרוסקופים אופטיים לא ליניאריים, הדמיית הדור הרמוני השני (SHG) משמשת בדרך כלל לצפייה במבנים סיביים אנדוגניים, ועוצמת ה-SHG תלויה במידה רבה בזווית היחסית בין כיוון הקיטוב של הקרן הנכנסת לבין ציר הכיוון של מולקולת המטרה. לכן, הדמיית SHG המבוססת על קיטוב (P-SHG) יכולה לקבל מידע מבני של מולקולות המטרה על ידי ניתוח הקשר התפקודי בין עוצמת אות SHG ומצב הקיטוב של האלומה המתרחשת. הוא משמש כיום ככלי חשוב לניתוח רפואי וביולוגי.
ניתן להשיג תמונות SHG פשוטות באמצעות מיקרוסקופיה מסורתית של שני-פוטונים פלואורסצנטי (TPM). רוב מערכות ה-TPM עדיין משתמשות בשיטת סריקת קרן בודדת המבוססת על מראה נעה, שרזולוציית הזמן שלה תלויה במהירות התנועה הפיזית של המראה. על מנת להשיג הדמיה מהירה יותר, מערכת TPM יכולה לאמץ גם שיטת סריקה מרובה אלומות (איור 1A), שאחת מהן היא שימוש ביחידת סריקת דיסק מסתובב. יחידה זו מורכבת מפטיפון מיקרו עדשות קואקסיאליות ופטיפון חריר, כאשר עדשות המיקרו והחורים בכל פטיפון תואמים בין-ל-אחד.
כאשר הלייזר עובר דרך פטיפון המיקרו עדשות, חזית הגל מכסה מספר עדשות מיקרו. עדשות מיקרו שונות ממקדות חלקים שונים של חזית הגל למיקומים שונים ועוברות דרך חורים מתאימים, ויוצרות קרני מיקרו מרובות. אלומות מיקרו אלו הפוגעות בדגימה יכולות לעורר בו זמנית מספר אותות. האותות הללו חוזרים לאורך מערכת המיקרוסקופ ועוברים שוב דרך החיר, ולבסוף משתקפים על ידי המראה הדיכרוית בין שני הפטיפונים לתוך מכשיר הזיהוי. עם זאת, ללייזר טיטניום ספיר נעול במצב-הנפוץ כמקור אור אין מספיק אנרגיה, מה שמגביל את מספר אלומות העירור ומביא לשדה ראייה יעיל (FOV) קטן עבור TPM (TPM-SD) באמצעות יחידת סריקה סיבובית.
איי גוטו וחב'. מטרתו להשיג-הדמיית P-SHG במהירות גבוהה עם שדה ראייה גדול (FOV) באמצעות מערכת TPM-SD. לכן, מקור לייזר מבוסס Yb עם הספק שיא גבוה יותר הוכנס למערכת TPM-SD.
זהו תרשים סכמטי של מערכת ה-TPM-SD שהם פיתחו. מקור האור של המערכת הוא לייזר מבוסס Yb, אשר מייצר פולסים של פמט-שנייה עם אורך גל מרכזי של 1042 ננומטר, הספק ממוצע של 4 W, רוחב פולסים של 300 fs וקצב חזרות של 10 מגה-הרץ. המערכת תחילה מתאימה את עוצמת הלייזר באמצעות לוחית חצי גל ומקטב לייזר Glan, ולאחר מכן מרחיבה את הקרן באמצעות מרחיב קרן. הקרן המורחבת מוכנסת ליחידת הסריקה של הפטיפון, וקרני מיקרו מרובות היוצאות מיחידת הסריקה ממוקדות במספר נקודות של הדגימה דרך עדשת אובייקטיבית טבילה במים. על מנת להתאים את מצב הקיטוב של קרן האור בעדשת האובייקטיב, ממוקמים לוחית חצי גל וצלחת רבע גל על הנתיב האופטי של קרן העירור.
