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级联双可变形相板波前调制器可实现与现有显微镜的直接AO集成

显微镜是当代生命科学研究的主要工具,能够以不断提高的时空分辨率对活组织进行形态学和化学检查。即使现代显微镜确实是工程学的奇迹,与理想成像条件的微小偏差仍将导致光学像差,从而迅速降低成像质量。样品及其浸入介质的折射率不匹配,样品架或盖玻片的厚度偏差,仪器老化的影响—这种偏差会以球差和聚焦误差的形式表现出来。另外,特别是对于深层组织成像而言,这是神经生物学研究中必不可少的工具,

自适应光学显微镜

自适应光学(AO)是一种影像校正技术,最初用于天文望远镜以补偿大气湍流的影响,它是一种动态校正显微镜系统中样品和系统引起的像差的最新方法。典型的AO系统具有有源的可变形光学元件,该元件可再现系统中存在的波前误差的倒数。通常采用可变形反射镜或液晶空间光调制器的形式,该元件的局限性限定了可实现的像差校正的质量,从而确定了AO显微镜的广泛适用性。

正如Advanced Photonics报道的那样,德国弗赖堡大学的研究人员通过演示包括两个可变形相板(DPP)的新AO模块,在AO显微镜方面取得了重大进展。与可变形反射镜相比,DPP系统是一种波前调制器,可在透射中运行,可与现有显微镜直接进行AO集成。在这种AO配置中,类似于具有独立的低音扬声器和高音单元的高保真扬声器,其中一个光学调制器针对低空间频率像差进行了优化,而第二个则用于高频校正。

级联的光流体相位调制器,用于增强折射自适应光学器件的性能。信用:SPIE

级联调制

具有多个相位调制器的AO系统的主要挑战是如何将它们放置在光学等效(共轭)位置上,通常需要多个其他光学组件来中继图像,直到图像到达检测器为止。因此,在AO系统中甚至配置两个调制器也非常困难。由于DPP的厚度小于1毫米,因此在可接受的邻近范围内级联两个或多个调制器变得更加实用。弗莱堡团队还开发了一种新方法,无论其各自的规格如何,都能最佳地控制多相调制器,从而有可能实现更多设备的级联,以增加范围和保真度。

为了证明其性能,该团队将其新的AO系统集成到了定制的荧光显微镜中,在该显微镜中,无需波前传感器就可以反复估算样品引起的像差。对合成样品的成像实验表明,新的AO系统不仅使像差校正范围加倍,而且大大提高了校正质量。这项工作表明,可以使用新的和更高级的控制方法轻松实现更高级的像差校正方案,例如多共轭自适应光学器件。

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