单频激光器在生物光子和光学测量中的应用

newopto · 发表于 2014-12-19 16:43:18

单频激光器要求激光既是单纵模又是单横模。单频激光器，特点：光束质量好、相干长度长、谱线宽度窄、单色性好，应用：生物光子、光学测量、激光雷达、激光测距、激光遥感、激光医疗、光谱学、光频标准、非线性光学频率变换。

一、生物光子，包括：流式细胞仪、荧光显微镜、生物扫描仪、光镊子、光遗传，主要是建立在激光诱发荧光的基础上，即激光激发荧光染料或生物标记的蛋白质，采用探测器或超灵敏照相机进行分析和成像。

1. 流式细胞仪，主要是测量单个细胞经染色后其成分发出的散射光和荧光，应用：免疫学、生物化学、生物学、肿瘤学、血液学的研究和临床工作。激光器在该仪器中的作用：激发染色细胞，使其发出特定波长的荧光。常用的激发波长：473nm、488nm、532nm、561nm、633nm。
2. 荧光显微镜，单频激光器非常适合用于各类荧光显微镜的激发光源，激发被贴上标签的荧光团和荧光试剂，典型应用：共聚焦显微镜，包括：TIRE（全内角反射荧光显微镜）、FRAP（光脱色恢复技术）、FCS（荧光相关光谱学）、SIM（结构照明显微镜）、PALM（光敏定位显微镜）、STORM（随机光学重建显微镜）、 STED（受激发射损耗显微镜）。
3. 生物光子扫描仪，是一种精确、无感、安全，并且立刻有测量结果的抗氧化剂的测量工具，是预防医学上一项重要的研究工具，主要采用蓝光激光器，包括：氩离子气体激光器、473nm激光、491nm激光器、488nm激光器。
4. 光镊子，是一种利用高聚焦激光光束产生一种吸引和排斥的力，依据折射率的错配去控制和移动电介质物体的生物分析工具。
5. 光遗传，用来研究大脑在出问题时脑神经是如何工作，通过神经中添加的光敏性蛋白质，以及光学技术在大脑中控制神经活动的模式，实现开关、添加、删除等操作。

二、光学测量，包括：拉曼光谱、全息、激光干涉、激光多普勒测速，主要是利用激光器的单频特性、窄线宽、空间相干性、高亮度等特点。

1. 拉曼光谱，是对与入射光频率不同的散射光谱进行分析，得到分子振动、转动的信息，应用：分子结构研究、物质鉴别、物质分析。拉曼光谱仪一般由以下五个部分构成：光源、外光路、色散系统、接收系统、信息处理与显示系统。
2. 全息，依赖于激光的相干长度和单频特性，保证整个曝光时间内实现稳定的干涉，全息图片不仅用于艺术作品的欣赏，也用于安全性和保密性领域中，比如：实时微测量、3D画面呈现。
3. 激光干涉，是利用激光的相干性来测量物体的平面度等特性，因此系统中的激光器必须要具备长的相干长度和高的稳定性。
4. 激光多普勒测速，利用激光多普勒效应测量物体运动速度的实时测量方法，特点：线性、非接触测量、精度高、动态响应快，激光多普勒测速仪一般分为光路部分和信号处理部分，光路部分一般采用514.5nm、476.5nm、488nm激光器。

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