Vescent D2-125激光伺服器在生物领域的应用典型案例

科罗拉多州立大学(Colorado State University,CSU)，David Winters博士借助Vescent D2-125激光伺服器在单像素成像的生物领域获得了很大的进展。

针对单像素成像的生物领域，David Winters博士讨论了新的单像素成像方法（SPIFI方法），其根本原理是通过基于激光计量和频率的合成理念，测量小位移的中心频率的光脉冲，类似脉冲受激拉曼散射，使得脉冲在探测瞬态光学磁化率时获得位移。通过多路复用空间频率投影来实现这一点，实现在没有成像探测器的情况下进行快速二维成像。若不使用成像探测器，则对散射的灵敏度大大降低，则使得该方法可以应用于散射生物组织的深层。重要的是整套系统的光学部分仪器搭建，他在光学成像的两个领域中所做的工作是利用高灵敏度拉曼测量测量小的光学频移，以及利用频率复用空间信息的单元素探测器进行快速的一维和二维成像。这种技术都试图将光学成像的适用性应用到更广泛的生物领域。拉曼散射广泛应用于化学样品表征技术，因为它是一种内源性的对比方法，不需要使用染料或标记来实现化学特异性成像。

在光路搭建工作中，他从一个新的方向来研究拉曼测量。其根本原理是通过电子响应产生了依赖于时间的折射率，采集光脉冲时，会导致探针脉冲的中心光频率发生小的偏移。因此，测量拉曼活性分子的小浓度的问题就变成了测量小的光频移。他把光频移转换成更容易测量的量，即很容易地把光脉冲中心频率的变化转换成光强的变化。

图1 光学锁相环流程图

图中PS为移相器，AM为调幅器。射频信号用蓝色实线表示，控制信号用蓝色虚线表示，光纤用黄色表示。待测脉冲从左下部进入光纤，然后进行对半调制，后在匹配的光电探测器上检测到，Servo为Vescent D2-125伺服系统。

激光由一对InGaAs激光二极管(Thorlabs DET10C)发射，以得到调制器主动极化轴上的光源。其产生的差分信号输入至加法放大器(SRS SIM980)，这个差分信号即为误差信号，进而将差分信号耦合到伺服系统的输入(Vescent D2-125)。则Vescent伺服系统的输出参考电压，终用于驱动振幅的压控振荡器(VCO)(微型电路ZX95-890C)调制器。其中伺服参数和优化参数的设置通过基于该调制器驱动正弦波在重复率与相位的调整电子信号获得，使得脉冲调制的峰值及斜率进行采样衰减。

图2  锁相噪声分析

蓝色线为用普通光学锁相测量的拉曼信号。绿色线为使用本文算法处理得到的时态数据。

图3  SPIFI装置示意图

SPIFI方法中Vescent伺服系统的根本目的是驱动振幅压控振荡器(VCO)，以实现在不同的横向位置对不同频率的线聚焦进行调制，将目标空间信息编码到线聚焦上。实现快速动态捕获，这种成像速度的提高为成像提供了新的可能性成像，从而逐步代替昂贵的阵列检波器。由于SPIFI信号对其在时间信号中的位置进行编码，通过调制，一旦将目标传输函数刻印在波束上，其对散射的敏感性就会大大降低。

图4  (a)图为荧光吸收，(b)图为荧光发射模式下，荧光墨水在载玻片上的SPIFI图像

应用该一维SPIFI成像系统可以替代光栅或阶段扫描，提高了成像速度。在简单的SPIFI成像系统中，使用光栅对输入光的光谱进行空间分散，然后应用位置相关的时间调制，将光束简单地收集在光电探测器上。然后可以从光电探测器信号的电子光谱中恢复光谱线。利用这种*的调制器结构，还可以通过用这种光谱调制光束照射样品来进行高光谱成像。实验论证在采集之前，采集到的光的频谱会被样本的响应调制，然后将该光谱响应编码到信号的RF频谱中。实验证明了对各种样品类型的都具备较好的成像能力，无论是荧光样品还是生物标本。

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