美国德州农工大学农业与生命科学学院 Aart Verhoef 教授实验室设计了新型激光光源,增强现有成像方法的同时,也支持新的成像系统。他们的系统可以产生各种信号,从探测用于超分辨率成像的几个光子,到分辨数万个光子之间的微小差异。实验室的一个重点研究方向是光学相干断层扫描(OCT),它利用光自身的干涉来绘制组织结构,而光谱 OCT 是使用多种颜色的光来同时绘制组织的深度图。

图1 贝塞尔光束 OCT。该光谱仪使用 Prime 95B sCMOS 相机来采集具有高光谱分辨率和高帧速率的光谱。与高斯光束相比,使用贝塞尔光束的系统焦深增加了一倍以上。

光谱 OCT 使用以 1μm 为中心的宽带光源,以获得良好的组织穿透性。光在样品臂中的强聚焦导致聚焦透镜焦平面的横向分辨率提高,但分辨率也会在远离焦点后迅速下降。为了提高 OCT 离焦面的横向分辨率,可以采用贝塞尔照明代替高斯照明。由于样品区返回的功率较少,因此自建的光谱仪需要配有高动态范围、高灵敏度和大芯片尺寸的相机。通常,此类光谱仪只需搭配几行像素的相机。然而,当使用贝塞尔光束时,这种相机不能区分光束垂直方向的相移。

Prime 95B 背照式 sCMOS 相机 是此应用的理想解决方案。其具有足够大的动态范围,95% 的高量子效率和低至 1.6e- 的读出噪声,可以实现和 EMCCD 相当的灵敏度。同时,具备更大的视野和更快的读出速度。Verhoef 教授说:“Prime 95B 的 11μm 像素尺寸,使我们能够构建一套与 OCT 成像系统分辨率相匹配的紧凑型光谱仪;大芯片尺寸也与我们的宽带贝塞尔光束光源的光谱范围完全匹配;高帧率使我们能够在短时间内获得高分辨率的 OCT 图像。Prime 95B 让我们充分展示了贝塞尔光束 OCT 对聚焦深度的实质性改善。”

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