时间相关单光子计数器Time Tagger v2.17 软件发布，有新亮点！我们非常高兴地宣布，Time Tagger 软件 v2.17 已经正式上线！此次全面更新带来了众多新功能和改进，旨在提升 Time Taggers 的性能、功能和用户体验。 v2.17 有哪些新功能？主要亮点：FrequencyCounter 作为此次更新引入全新测量函数，将 Time Tagger 转变为功能全面的 Omega 型频率计数器，为用户提供了卓越的时间精度和测试功能。PulsePerSecondMonitor 作为新推出的测量函数，可以用于实时监测不同来源的 1 PPS（秒脉冲）信号的同步性。HistogramLogBins 性能增强，支持每个直方的可变积分时间，可以提供精确的 g(2) 归一化，并支持即时启动和门控输入。Synchronizer 在此次更新后，可以支持每台设备 80 MTags/s 的速度，可以用于进行更快、更可靠的测量。Combinations 是此次新增的虚拟通道 (Virtual Channel) 测量函数，在用户指定的时间窗口内测量多个通道之间的独占符合率，不记录周围保护窗口 (guard windows) 内的事件。其他改进：支持 Ubuntu 24.04 LTS 版本。支持 Python Stable ABI, 兼容 Python 3.12 及未来多个版本，确保长期兼容性并易于使用。支持 MinGW C++ ABI， 确保与 MINGW32 和 UCRT64 环境的兼容性。Time Tagger X & Time Tagger Ultra: 减少设备内延迟：通过 USB 和 FPGA 链接显著减少设备内延迟，提供更快更灵敏的数据采集。高优先级输入通道：确保在数据可能溢出时，用户选定的输入通道的数据可以被优先传输。硬件平均 (Hardware Averaging) 时间戳：此前已通过软件实现此功能，但硬件平均既能确保事件计时的更高精度，也可以进一步优化数据速率。死时间提高到皮秒精度：改进了死时间精度，现在可以配置任意皮秒精度的死时间。‍‍‍‍Time Tagger X‍‍‍‍高分辨率模式:  此次更新为 Time Tagger X 引入了高分辨率模式 (HighRes Mode)，用户选购后可以实现至多5个低至 1.5 ps 均方根抖动 (RMS Jitter)的输入通道，提供出色的测量精度。完全支持 qSFP+ FPGA 传输: 通过qSFP+ 模块向 FPGA 的数据传输可以实现最高 1.2G Tags/s 的数据传输率。高阻抗模式: 所有输入端口在第一次使用前和调用 freeTimeTagger 后保持高阻抗模式。默认滞后值更改：默认滞后值从 1mV 调整为 20mV，性能有明显提升。Time Tagger Ultra硬件增强： 增加了对硬件版本HW 1.8 的支持，并对多个对齐输入的 USB 性能进行了改进。增强自动校准: 改进了对周期性信号的自动校准。如何升级到 v2.17：访问我们的官网，在 Time Tagger 下载页面，下载最新版的 Time Tagger 软件。运行安装程序并按照说明进行操作。将您的 Time Tagger 连接到互联网，即可完成升级！

用单个锥形光纤植入物进行深度分辨光纤光度测定（转译自文献Depth-resolved fiber photometry with a single  tapered optical fiber implant） 活体荧光检测可用于记录和研究自由运动动物脑深部遗传定义的神经群的功能信号。例如，纤维光度法通过监测特定细胞类型神经活动时荧光随时间变化来实现。这些方法推动了基于光子学和光电子平台技术以及使用多路复用技术记录多个亚种群活动方法的发展。通常情况下，光纤测量方案依赖于扁平切割光纤进行刺激和收集荧光2-9,11 - 19。然而，由于组织散射和吸收效应，扁平切割光纤的可访问记录深度仅限于光纤尖端附近，这与探针的几何形状相结合，决定了荧光激发和收集效率20,21。简单的几何计算表明，扁平切割光纤收集的信号量随着与光纤面距离的增加而急剧减少。此外，重新配置收集几何形状以达到多个区域是不可能的，因为改变光收集场需要重新定位光纤。此外，扁平切割光纤的几何形状严重损害组织，在大脑中，甚至在植入后很长一段时间内，也会诱导装置周围的神经胶质激活22,23。尽管如此，平劈光纤被广泛用于评估脑深部区的神经活动3,11-19。在这里，我们提出了一种克服这些限制的方法:我们利用TF中光传播的模态特性在锥度的大光学活性区域上构造光收集模式并进入更深的细胞。除了比扁平切割光纤22具有更小的侵入性外，TF探针还具有独特的光收集特征，包括:(i)沿光纤轴在高达2mm的组织上具有均匀的界面，(ii)通过分时多路复用沿锥度进行多点收集的能力，以及(iii)通过微结构光纤锥度的非平面表面来设计任意收集体积的能力。下面，我们量化了锥形光纤的三维(3D)光采集区域，发现锥形光纤在大区域(如小鼠的大脑皮质和纹状体)均匀地收集荧光。当与大面积光传输相结合时22,24，这导致在有源光学表面相似的照明功率密度下，锥形光纤比扁平切割光纤的信号采集更高。这是因为大面积的锥形光纤可以提供更多的总照明功率，即更多的光子，同时将电池暴露在中等的功率密度下。我们的研究表明，通过利用选择性光传递和收集，转录因子能够在自由运动的动物中对功能性荧光信号进行多点探测，包括沿着纤维锥度动态记录来自多个脑区的信号。我们通过在自由运动的小鼠中使用单个锥形光纤完成奖励收集任务，快速扫描兴奋光并同时监测背侧和腹侧纹状体的多巴胺瞬变，证明了这种实验的可行性。zui后，我们将控制光沿锥度传播的模态效应与金属涂层锥形光纤表面的微观和纳米结构相结合，从而设计了收集体积25,26。我们将收集体积限制在锥度表面的一个角部分，这样，光学窗口位于沿着锥形光纤界面的特定深度，只有很少的细胞体。这种方法与光学窗口的选择性光传输相结合，提供了具有高度空间选择性的深度细胞体积的双向接口。 结果锥形光纤的光收集特性图1 |锥形光纤的光收集。a，脑组织中扁平切割光纤（FF）和锥形光纤(TF)的光采集示意图。实验收集概况旁边的纤维。b，对锥形光纤的光采集场成像的光学设置。在pbs -荧光素滴中，一个围绕锥形光纤的双光子激发点被扫描。产生的荧光可通过未脱膜的PMT(显微镜PMT)和补片光纤远端的光纤PMT检测。Ls，透镜系统；F1和F2，带通荧光；L2,镜头。c，在PBS-荧光素溶液中，随着NAs的增加锥形光纤的典型ξT(x,y)集合字段(每个字段归一化到其zui大值);比例尺，500µm。d，比较在pbs -荧光素溶液中扫描的双光子荧光光斑采集的光子数(像素停留时间，3.2µs)，内嵌扁平切割光纤与NA = 0.66， ψ = ~4°的锥形光纤；FF图中的等值线显示锥形光纤收集到的zui大光子数。比例尺，500µm。e, NA-0.66 锥形光纤在pbs -荧光素溶液中的光子收集的等距线(顶部色条，每个像素的光子数;停留时间，3.2µs)；等值线在10、20、50和100光子处绘制。比例尺，500µm。f，上，远场成像系统示意图。L1、L2、L3，成像镜；BPF，带通滤波器;NBF，近红外阻断滤波器；sCOMS，科学互补金属氧化物半导体。底部，纤维输出小关节的远场图像显示，当光源沿着锥形光纤移动时，直径增加的环。比例尺，0.3 2π/λ。g, 锥形光纤在距离锥尖d处采集的点状光源荧光的横向矢量分量kt。a-d的实验重复了至少10次，得到了相似的结果。我们在准透明的荧光溶液中表征了锥形光纤的光聚集特性(图1)。我们在浸泡锥形的pbs荧光素(30µM)液滴中实现了一个双光子扫描系统，以产生局限的荧光斑，就像各向同性的点状源一样(图1b)。光栅扫描锥度周围光斑时产生的荧光由与扫描头同步的两个光电倍增管(PMT)收集:(i)显微镜PMT，放置在标准的非脱封，外荧光路径，和(ii)光纤PMT，置于连接的光纤贴片的远端至锥形光纤20、21(图1b)。用显微镜PMT得到的参考图像对视场中双光子激发效率的轻微不均匀性进行校正后，来自光纤PMT的信号报告了锥形光纤的荧光光采集场，定义为ξT(x,y)。测量了不同数值孔径(NAs)和芯径，但锥度角(ψ)近似为~4°的光纤的集合场ξT(x,y)(图1c)。我们发现沿锥度的光敏区域，即收集长度L，随着光纤NA的增大和ψ的减小而增大(补充图1a)。因此，锥形光纤的采集长度是可以定制的通过修改光纤NA和锥度角ψ，从几百微米提高到约2 mm。这一发现揭示了锥形光纤和扁平切割光纤的收集特性的重要差异，因为对于扁平切割，收集深度基本上不依赖于NA21。我们比较了锥形光纤和扁平切割的采集字段，NA分别为0.66(图1d)和0.39(补充图1b)。锥形光纤的光学主动表面沿波导轴线延伸，导致沿锥度方向相对均匀的收集。从集合字段ξF(x,y)中可以看出，扁平切割光纤在端面附近采集到较高的信号强度。相反，锥形光纤的收集效率曲线在锥度面附近达到一个较低的zui大值，并遵循在尖端增宽的两叶形状(图1e和补充图1c、d和2)如图ξ(x,y,z)区域所示(补充图1d)，被采集信号围绕锥度轴完全对称。这是因为锥形光纤表面通过增加波导直径27的横向传播分量kt的模态子集与周围环境进行光学界面。因此，由光纤的直部分所支持的全部传播模式逐渐沿锥形填充，导致锥形光纤轴的均匀收集。相反，扁平切割光纤的所有传播模式都在纤维面耦合。为了更好地表征锥度采集光的物理特性，我们从靠近锥度表面的点样点对荧光进行双光子激发时，对所采集光的远场进行成像(图1f)。我们发现不同的模态子集在特定的锥度直径下被填充(图1f,g)，因为相机上的图像是一个环，它的半径随着荧光源和锥度尖端之间的距离的函数而增加。环半径h是直接测量与进入纤维的导模相关的波矢量的横向分量kt 27,28。因此，光线从锥体的不同截面进入，受到不同的引导模式子集的引导，在相机上产生不同直径的环，从而建立了h与荧光信号沿锥体的位置之间的相关性。图2 |可重构的锥形光纤光收集。a，与荧光素均匀染色脑片皮质接触的0.66 NA 扁平切割光纤的光采集场ξ(x,y)(左)和光度效率场ρ(x,y)(右)。b，与a一样，将0.66-NA 锥形光纤插入经荧光素均匀染色的脑切片中。c，使用全NA照明和蓝色激光刺激并收集大大脑区域荧光的系统示意图。收集的光在贴片光纤中反向传播，并通过一个二色镜将其导向PMT与蓝光区分开来。L1和L2，晶状体；BPF，带通滤波器；Fluo，荧光信号；Exc，激发光。d，定点照明将采样体积限制在锥形光纤的子区域。左，集光域ξT(x,y)；中心，在光纤尖端选择性照明得到的光度效率场ρT(x,y)；右，ρT(x,y)视场是在较宽锥度直径下选择性照明获得的。e，提出的多站点光度测量系统的原理图，该系统使用时分复用配置的PMT探测器。蓝色激光束以增加的输入角(θ1， θ2)射入光纤贴片线。低角度注入时，激光在锥尖处耦合，产生荧光信号F1；相反，当在θ2处注入时，激光在较大锥度直径下耦合，产生荧光信号F2。荧光由PMT检测，其输出信号与光注入刺激同步。该荧光信号根据其时间戳归属于相应的区域。a、b、d实验重复三次，结果相似。在大而深的区域统一收集为了证明在存在散射和吸收的情况下，锥形光纤可以在大的和深部脑区获得均匀的采集，我们测量了均匀荧光染色的脑片上扁平切割光纤和锥形光纤的荧光采集场ξ(x,y)和荧光激发场β(x,y)。结合这些场得到了光度测量效率场ρ(x,y)，它描述了荧光信号对激发光强度的依赖性20,21，从而给出了采样组织体积的详尽几何信息。我们比较了匹配NA和内核大小的扁平切割光纤和锥形光纤的采集和光度视野。如图2a所示，插入到皮层表面的扁平切割光纤域ξF(x,y)和域ρF(x,y)，扁平切割光纤有效地与皮层的浅层连接;然而，他们只提取了距离透镜面300 μm以外的信息。相反，锥形光纤的界面更均匀，锥体的光学活性区域周围有脑组织(图2b)。利用ξ(x,y)的对称性，我们计算了由波导采样的体积作为采集信号的函数(补充图3)，并确定了产生给定比例的总采集信号的组织体积。我们发现锥形光纤的体积比扁平切割光纤大(补充图4)。这一特性可以在使用全锥度表面来激发和收集信号的实验中加以利用(图2c)。沿锥度可重新配置多站点收集使用位点选择性光传输和模分解复用策略，锥形光纤的收集量可以沿着锥度在多个位置之间动态切换22,27,28。为了定义可寻址的体积几何配置，我们获得了一个插入到荧光素染色脑片上的0.66-NA 锥形光纤的ξT(x,y)集合域(图2d)。使用基于振镜的快速扫描系统(图2e)，我们通过增加kt激发模态子集将激光注入锥形光纤，从而将照明体积限制在可通过改变光输入角度22、27、28沿锥度部分逐渐移动的有限区域(补充图5a、b)。由于荧光只在有限的被照射组织中产生(补充图5a、b)，锥形光纤可以动态地检查一个功能区的多个位点。作为原理证明，我们结合ξT(x,y)和β(x,y)，测量了由选址照明产生的光度测量效率场ρT(x,y)。ρT(x,y)在可从光线注入角度推断的有限区域内zui大(图2d)。利用这一特性，荧光信号可以归因于使用时分复用被照亮的大脑区域(图2e)。这是通过增加输入角(θ1， θ2)将激光发射到光纤补片线来激发沿锥度在限制位置耦合的不同模态子集来实现的。每个照明位置产生的荧光(分别为F1、F2)由锥度采集，在光纤补片线中反向传播，由二色镜识别，zui后由PMT检测，PMT输出信号与光注入刺激同步(图2e)。为了证明这种方法对可能由动物运动引起的模态混合有弹性22，我们在pbs -荧光素浴中进行深度分辨光度测量时，在手动摇动光纤贴片的同时监测了远场模式。记录到的强度波动图3 |基因染色的神经群增强的光度测定。a，皮质表面0.39-NA 扁平切割光纤的光采集;从左到右:双光子表观荧光(2p-epi)图像，ξ(x,y)场，ρ(x,y)场，轴上采集轮廓ρ(x,y)。b, a为NA = 0.39 扁平切割光纤，接近L5。c, a,b表示一个在大脑皮层插入的0.39 NA的锥形光纤。比例尺(a−c)， 250µm。d，三种实验配置的光度测量系统示意图:一个锥形光纤插入整个皮质，一个扁平切割光纤插入L2/3，一个扁平切割光纤插入至L5。e, Thy1-ChR2-EYFP小鼠脑片的荧光信号强度(n = 10)，在大脑皮层插入0.39 NA 锥形光纤(ψ = 4°)(蓝色)，在L2/3插入0.39- NA 扁平切割光纤(橙色)，在L5插入0.39- NA 扁平切割光纤(紫色)来刺激和检测荧光。调整激光功率以获得相似的光活性区域的功率密度(0.1 mW mm-2)。阴影区域表示平均值上的标准误差。灰线连接在同一实验中从同一脑片获得的数据。采用双侧Student t检验进行统计学分析，显著性α = 0.001。f, 锥形光纤插入固定脑片纹状体的亮视野图像(Thy1-ChR2-EYFP小鼠)。g, f. h中锥形光纤的光采集域ξT(x,y)，将ξT(x,y)域与位点选择性传递光相结合，产生可重构的纹状体子区域多位点光采集效率域ρT(x,y)。比例尺(f−h)， 250µm。在a-c、g、h重复实验3次，结果相似。增强荧光法在基因染色的神经群体对于锥形光纤，我们使用了0.39-NA 锥形光纤 (ψ = ~4°)和扁平切割光纤来刺激和检测Thy1-ChR2-eYFP小鼠固定脑片不同皮质层的荧光，其中EYFP仅限于L2/3和L5(图3a-c)。我们测量了三种实验配置的ξ(x,y)、β(x,y)和ρ(x,y)场:靠近浅层的FF(图3a)、插入L5层的FF(图3b)和穿过皮质范围的锥形光纤 (图3c)。正如预期的那样，锥形光纤刺激并收集了L2/3和L5层的荧光，而扁平切割光纤在靠近关节突的一个有限区域内募集信号，需要重新定位以处理这两个区域。此外，光纤纤维钝的几何轮廓阻碍了光纤的插入，因为当光纤穿过切片时，移位的组织仍然在关节突的前面。我们比较了三种实验配置产生的绝对信号水平(图3d)，通过调制激光功率来补偿锥形光纤的较大光学活性区域，并在每个光学表面提供相同的平均功率密度(~0.1 mW mm-2)。在这些条件下，锥形光纤在两个深度都相对于扁平切割光纤产生了更大的荧光信号(图3e)，这可以解释为在光收集和光传输中分模解复用的综合作用。在保持中等功率密度的情况下，模式分复用将较高的总照明功率分布在较宽的表面22,27。随着更多的光子被释放到组织中，更多的神经元参与到收集信号中，更多的荧光被产生和检测到，这与之前的研究结果一致，在较低的输出功率下锥形光纤比扁平切割光纤更能引起光遗传激活22。重要的是，由于光漂白依赖于每个的光暴露，当全部的光活性区域被吸收时，锥形光纤在更大体积的组织上的光分布允许产生更多的荧光而不增加光漂白。图4 |体内多点光度法揭示了多巴胺对背侧纹状体和腹侧纹状体运动和奖励的不同反应。a，顶部，用于活体光纤光度测定的手术部位和两个部位锥形光纤照明示意图。下面是行为室的示意图。红色区域表示鼠标需要进入盒子的区域来触发容器(蓝色)中的食物颗粒的递送。在奖励交付后，至少需要30秒的时间才能交付另一个奖励。b，来自一只老鼠的光度信号示例。上面，行为时间戳是通过红外光束在容器中测出的。青色，奖赏的容器入口;洋红色，没有奖励的容器入口。中间，动物的中心速度。底部，dLight光度信号。红色，来自背部的信号;蓝色，腹侧信号。c，来自示例小鼠的所有试验的dLight光度信号的热图(两个阶段)。上方，来自背部的信号。底部，来自腹侧的信号。每一行代表一个单独的试验。N = 37次奖励容器进入试验。N = 435例无奖励进入容器的试验。N = 52次运动启动试验。d，小鼠所有会话的平均速度和dLight光度信号。来自背部的信号显示为红色;来自腹侧的信号显示为蓝色(n = 8次，来自4只小鼠)。阴影区域代表会话平均值的标准误差。体内空间分辨光度法为了更深入地了解构成运动行为和奖赏驱动行为基础的神经过程，光纤光度法已被用于探测纹状体神经元的活动11-13,29。在这种情况下，锥形光纤通过使用一个远程控制的植入物对多个区域进行采样来扩展实验能力。为了支持这一论点，我们用纹状体中的锥形光纤对位点选择性荧光法进行了表征(图3f)。我们将一个0.66-NA 锥形光纤插入Thy1-ChR2- EYFP小鼠固定脑片的纹状体中，在获得ξ(x,y)场(图3g)后，我们使用位点选择性照明来产生增加输入角度时的光度测量效率ρ(x,y)场(补充图5)。正如预期的那样，随着光输入角度的增加，响应位点选择性照明的体积逐渐远离锥形光纤尖端(图3h)。我们使用dLight1.1(参考文献30)同时测量背侧纹状体和腹侧纹状体的多巴胺瞬变，在体内测试锥形光纤系统，这两个脑区显示出不同的多巴胺信号31。我们在一个简单的操作性条件反射范式中训练小鼠，在此期间我们从背侧和腹侧纹状体收集dLight荧光(图4a, NA = 0.39)。在这个实验中，老鼠必须待在房间的一边，才能触发食物奖励从位于房间另一边的容器中传递出来。这迫使老鼠从房间的一边跑到另一边去收集奖励，并在消耗容器中的奖励时停止移动。我们在腹侧纹状体中观察到经典的奖赏驱动的多巴胺瞬变，其中dLight荧光在奖赏受体进入期间增加，在无奖赏进入期间减少(图4b-d;补充图6所示的所有试验均为单独的小鼠)。然而，对于奖赏和未奖赏的受体条目，背侧dLight荧光均下降，这表明背侧纹状体中的多巴胺释放与运动变化的相关性更强，而不是与奖赏的获得(图4b-d)。此外，在奖赏受体进入时，背侧纹状体和腹侧纹状体由行为引起的多巴胺变化的迹象相反，并且与多巴胺在运动启动中的功能一致32,33，两个部位的信号在运动启动期间增加(图4b-d)。因此，虽然背侧纹状体和腹侧纹状体多巴胺瞬变均追踪运动，但只有腹侧纹状体的多巴胺瞬变对奖励有强烈反应。带有微结构锥形光纤的设计集光体积锥形光纤与环境界面的大表面允许根据感兴趣的区域设计收集量(图5)。这可以通过使用微纳米制造技术来构建光纤的锥度来实现，正如在光传输中所显示的那样25,26,34。在这里，我们展示了:(i)光收集在波导周围特定角度范围内的限制(图5a-d)， (ii)当光收集被限制在沿锥度的特定点时，在深层皮质层中对细胞体的观察(图5e-l)， (iii)选择性照明和从两个光学窗口收集，通过操纵激发激光束分别解决(图5m,n)。为了限制光的收集到波导表面的一半，我们对其对面的高反射铝层进行热蒸发(图5a)。半包被的TF在光学表面的ξ(x,y)(图5b)和剖面(图5c)与未包被的双探针在形状和收集到的光子数方面相似。因此，金属涂层并没有实质性地改变检测到的信号，这表明几乎所有进入未涂层锥度的光子都经历了介电全内反射，这是由半涂层光纤中的金属层强迫的。我们将半包被的锥形光纤插入由Thy1启动子控制的表达EYFP的固定脑切片中，在组织中测试了该装置的侧采集特性(图5c)。我们获得了一个双光子的表荧光图像和ξ(x,y)场，并发现尽管在光纤周围都产生了荧光，但光纤PMT只获得了在光纤的未涂覆部分附近产生的荧光(图5d)。图5 |用微结构锥形光纤设计集光体积。a，左，半金属化TF的扫描电子显微图(SEM)。右，在pbs -荧光素溶液中，ξ(x,y)场对半涂覆的0.39-NA TF。b， ξ(x,y)场在pbs -荧光素溶液中。等值线分别用白色、黄色和红色表示每像素5、10和20个光子(停留时间3.2µs)。c， ξ(x,y)对于半涂覆锥形光纤(红色)和未涂覆锥形光纤(蓝色)的场分布。d，在固定的脑切片中收集半涂层TF (Thy1-ChR2-EYFP小鼠)。从左到右:双光子表荧光，ξ(x,y)场，合并表荧光(品红)和ξ(x,y)(青色)。比例尺(a-d)， 250µm。e，设置用于表征从光学窗口的光收集。插图，正方形窗的SEM显微图(W = ~45µm, L = ~ 1250µm)。f，与L和W相比，由采集等值面包围的pbs -荧光素溶液的采集量分别为zui大采集量的10%、20%、40%、60%、80%(补充图6)。g，固定脑片(Thy1-ChR2-EYFP小鼠)的方形窗光采集(W = ~45µm, L = ~750µm);该图像显示了ξ(x,y)域(青色)与同时获得的双光子表观荧光图像(品红)的叠加;比例尺，500µm。插入，放大窗口;比例尺，50µm。h，在光学窗口上方随高度增加的Z-stack(0、20、40、60µm)。锥形光纤配置文件和窗口位置用白色表示。比例尺，10µm。i，与g一样，当TF的时间窗W = ~20µm时，L = ~230µm;比例尺，100µm(插图，10µm)。l，如h，对于W = ~20µm的光学窗口:高度为0、15、30、50µm的z-stack;比例尺，10µm。m，设置用于选择地点的照明和收集。锥形光纤被淹没在pbs -荧光素滴中。激光束脉冲(10 Hz, 50 ms, 473 nm)在受控θ下注入(补充图7c)。比例尺，500µm。n，从W1和W2窗口测量的荧光信号，通过操纵θ独立激活(荧光信号通过减去自身荧光校正)。c、d、g-l、n实验重复3次，结果相似。从任意深度的光学窗口收集光我们探索了在全铝涂层的TF上制造光学窗来进一步限制收集体积的可能性，我们使用聚焦离子束研磨来选择性地去除锥形特定区域的金属25,26。为了优化该装置，我们如上所述对PBS-荧光素溶液(30µM)中光学窗口的光收集进行了表征。我们制作了不同边长(W = 60、30、15µm)的光学窗平方的探针(NA = 0.39)，放置在距离光纤尖端不同距离(L = 230、750、1,250µm)处(图5e、f)。这些设备的体积收集图(补充图7a)显示，较大的窗口导致较大的收集量(图5f)。然而，尽管靠近尖端的窗口从略大的体积中收集，但在较大的锥形截面上的窗口具有相似的收集特性(图5f)。我们在Thy1-ChR2-EYFP小鼠的固定脑片上，通过采集ξ(x,y)场与同步外荧光成像相关联，测试了微结构锥形光纤的光学性能。我们发现，对于窗宽W = ~45µm，位于距锥尖L = ~750µm的锥形光纤，光集合与光学窗口位置共定位，其集合叶不垂直于纤维轴，而是指向锥尖(图5g)。这一特性与来自光学窗的选择性光传递密切相关25，因为它允许在深度上与细胞体积进行界面，具有高空间选择性(图5h)。此外，从光学窗口附近的区域获得的三维荧光堆栈(侧W = ~45µm, L = ~750µm)(图5h和补充图7b)显示了光度图和表观荧光成像的精确匹配。我们使用窗口宽度W = ~25µm的锥形光纤得到了类似的结果，锥形光纤位于距尖端L = ~230µm处(图5i, L)。正如我们所展示的，对于未涂覆的锥形光纤，可以利用分模解复用策略选择性地激发和收集来自同一锥形光纤不同截面的两个光学窗口的荧光(图5m和补充图7c)。为此，我们将微结构锥形光纤浸入荧光素滴中，并在不同的输入角度注入473 nm的激光束，以每次选择一个窗口(补充图7c)。我们用声光调制器(10 Hz, 50%占空比方波)调制激光功率时，用光电探测器测量采集到的荧光信号(图5n)。荧光在每个窗口位置被选择性激发，表明锥形光纤可以选择性地照亮和收集来自两个受限区域的光(图5m,n和补充图7c)。图6 |利用远场成像进行深度分辨光纤测光的检测方案。a、远场检测荧光支持时分复用，提高深度选择性。b，通过全NA刺激实现远场检测，实现基于反向传播荧光的kT值的纯分模解复用。Fluo，荧光信号;Exc，激发光。讨论在神经科学中，从大脑中表达的活动指示器获取荧光信号是一项强大的技术35,36，可植入式波导系统将极大地造福神经科学领域，该系统可配置为有效和选择性地收集感兴趣区域的光。此外，本文中提出的方法可以在使用远场检测来获得光纤光度实验中的深度选择性方面打开进一步的视角(图6)。我们设想应用锥形光纤探针从散射组织中收集荧光，将有助于解剖脑深部多个功能区的贡献，同时为现有的光学方法提供一个通用的补充。基于锥形光纤的分模解复用的光度测定方法也可以潜在地扩展到大类别的软的、生物的、活组织，其中大脑代表了散射特性方面zui具挑战性的情况之一，考虑到散射长度和各向异性。在这个框架中，锥形光纤为现有的光收集设备增加了有益的功能，使用了扁平切割光纤或µLED/光电探测器系统无法实现的不同配置10。上海昊量光电作为OptogeniX锥形光纤探针及扫描系统在中国大陆地区代理商，为您提供专业的选型以及技术服务。对于在有兴趣或者任何问题，都欢迎通过电话、电子邮件或者微信与我们联系。如果您对OptogeniX锥形光纤探针及扫描系统有兴趣，请访问上海昊量光电的官方网页：https://www.auniontech.com/details-2086.html欢迎继续关注上海昊量光电的各大媒体平台，我们将不定期推出各种产品介绍与技术新闻。更多详情请联系昊量光电/欢迎直接联系昊量光电关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。您可以通过我们昊量光电的官方网站www.auniontech.com了解更多的产品信息，或直接来电咨询4006-888-532。参考文献1. 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锥透镜和它产生的各种环形光束应用锥透镜与贝塞尔光束与非球面透镜相比，锥透镜的形状类似于圆锥体。由于锥透镜的锥形形状，可以产生所谓的贝塞尔光束，即环形光束轮廓。环形光束的直径取决于轴心角，并随着轴心角和像平面之间距离的增加而减小。环形光束的宽度保持不变。（1）锥透镜产生贝塞尔光束（2）环形宽度和锥角的对应关系利用锥透镜产生（非衍射）贝塞尔光束，这主要由轴锥的锥角 (α) 决定。因此，在许多应用中，有两个区域值得关注：第1，强度分布几乎恒定的长区域（a）和其次是强度分布呈环形的区域（d）。长度（a）取决于入射光束的轴心角（α）和直径（ØEP），而贝塞尔光束的宽度仅受轴心角的影响（图 2）。图 1 显示了环形光分布的直径（d），它取决于距离（l），并随着距离（l）的增加而增大。因此，光环宽度约为入射光束直径的一半。锥透镜的各种环形光束应用锥透镜主要用于和各种激光应用领域。其特殊用途还包括产生非衍射贝塞尔样光束。这里需要注意的是一个强度分布几乎恒定的区域，其长度由锥透镜的角度和直径决定。贝塞尔光束是非衍射光束，非常适合应用于医学、研究、测量技术和调整。具体而言，它们可用于光学镊子和薄片荧光显微镜。结合其他锥透镜或透镜，可产生各种光束轮廓，如准直环形光束和可变焦点环形光束。与激光扩束器、透镜或第二个锥透镜相结合的光学效果如下所示。1，将两个角度相同的锥透镜组合在一起，就能产生准直的环形光束。光束直径随两个元件之间的距离变化。2，该装置用于生成可变的环形焦点。通过移动第二个轴心，可以调整环形焦点的直径。3，环形对焦的产生 - 通过镜头焦距改变距离，通过轴心角改变直径。4，通过与激光扩束器相结合，优化了锥透镜的光线。这样就可以改变生成的贝塞尔光束的长度。5，通过改变轴心之间的距离来改变球体的焦距。这种设置可以减小非球面的焦距，从而实现低于衍射极限的聚焦。6，改善非球面的焦距窄度--可实现低于衍射极限的聚焦。锥透镜-Asphericon基于高端技术，我们可生产表面形状偏差 (RMSi) 小于 0.04 µm 的轴心。从原型到批量生产，我们与客户一起，从众多光学玻璃中开发和生产合适的解决方案。您可以利用个性化定制解决方案、光学镀膜或库存产品系列中各种创新的锥透镜。为了简化对准过程并获得zui佳成像效果，我们的光学元件还可以使用专门开发的支架进行精确对准。此外，安装好的非球面光学元件与所有安装好的非球面光学元件一样，可以通过公制细牙螺纹轻松拧紧到其他元件上。进一步了解非球面安装镜头的优势。得益于其圆锥形的形状，所有锥透镜均可用于多种应用场合。昊量光电可以提供各种规格的标准品及定制化的非球面锥透镜，主要优点在于：RMSi ≤ 0.07 μm的出色表面形状偏差适用于高功率激光应用并有现货供应激光损伤阈值：12 J/cm²，100 Hz，6 ns，532 nm可提供4种标准镀膜（也可根据要求定制镀膜）A: RMAXB: RMAXC: RMAXX: RMAX 以下为昊量光电供应主要的一些标准品的关键指标参数：关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。

从实验室到生产线：固态光源技术在生物成像与工业检测中的性能提升生物医学成像和工业计量的照明系统规格通常集中在光谱、空间和时间的光输出特性上。Lumencor的技术支持总监Iain Johnson和我们分享了固态光源阵列——LED、发光管和激光器组合成的固态光引擎如何实现规格定制，以满足特定应用的照明要求。固态光引擎是一个集中控制的固态光源阵列，其输出合并到一个共同的光学传输系统中（图1）。光源的输出可以并行激活以产生白光（图2），或在需要分离的波长时，也可按顺序进行激活（图3、图4）。光源本身可以采用一种固态照明技术，即LED、光导管或半导体激光器，也可以对这些光源技术进行组合。这可以根据zui终用户的应用对亮度、角度分布和辐照度的要求进行定制。根据这一定义，光引擎输出的光谱分布可以通过加法组合，而这与传统的宽光谱照明设备（电弧放电和白炽灯）形成鲜明对比。传统的照明设备产生的光谱分布在物理上是不变的，只能通过选择性的阻挡和衰减来调整。从工程学的角度来看，固态光源的第二个主要优点是，它的输出可以在强度（图2、图4）和时间（图4、图5）方面进行精确控制。因此，光谱输出单元件的差异很小（图2），这使得光引擎应用于不同成像系统时，所获得的数据质量能保持一致。图1.固态光引擎及其输出光谱的概念图。四个固态光源的输出被合并入一个共同的光路，并通过光导耦合进入纤维及或者图像扫描仪。在实际操作中，光源可以是2-21个，具体数量取决于应用要求。光源可以是LED、光导管或半导体激光器其中的一种或组合。它们的输出可以经过滤波（F）以细化光谱。输出光的一部分会被分离出来，并导向参考光电二极管（rPD），以提供控制反馈。在大多数生物医学成像应用中，不需要持续照明，甚至在某些情况下，会起到反效果，影响实验数据。通常情况下，照明与相机曝光会同步进行。这里有两个重点：首先是光源间的切换速度，其次是脉冲间隔的复现性。相比和机械滤光轮耦合的白光照明器（约50ms的切换时间），光引擎可以做到小于1ms的光源间切换（图4），缩短了获取多色图像Z轴堆叠或者玻片扫描所需的时间。脉冲间的积分不变形（图5）是决定延时图像序列保真度的关键因素。每个脉冲的积分量化了在延时序列中每次曝光所需的照度。脉冲之间的照度差异越小，样品动态行为的敏感度就越能增加，这在图像帧到帧的变化间可以体现。图2.28台SOLA V-nIR光引擎（Lumencor, Inc., Beaverton OR）的光谱输出曲线叠加。光引擎的总光输出由光谱曲线所包围的区域来量化。所有28台光引擎的平均输出功率为4558mW，标准差（n=28）为91mW，相当于2%的方差系数（CV）。图3.SPECTRA光引擎（Lumencor, Inc., Beaverton OR）的光谱输出，包括LED、发光管或激光器。发光二极管和光导管的波长规格（nm）代表了中心波长（CWL）/半高全宽（FWHM），已经通过内置的滤光片来改进光源输出。功率（mW）是在光导（连接到显微镜或光学扫描仪）的远端测量得到的。集成三种不同类型的固态光源，可以在整个可见光和近红外波段内提供均匀的功率输出。图4.由TTL触发，AURA光引擎（Lumencor, Inc., Beaverton OR）交替输出485nm（约0.5ms宽）和560nm（约3ms宽）的脉冲（示波器记录）。图中显示了两条叠加的示波器轨迹，其中485nm的强度通过RS232串行命令从100%调整到55%，而560nm的强度保持不变。485nm和560nm的脉冲时间间隔为0.25ms。图5.模拟光电二极管（APD）检测来自一台5光源的AURA光引擎（Lumencor, Inc., Beaverton OR）发出的5ms光脉冲。图中展示了10个脉冲序列，代表了每次数据采集中记录的150个连续脉冲。计算了150个脉冲序列中每个脉冲的积分光输出。对于555/28 nm输出，150个脉冲的方差系数（CV）在555/28 nm脉冲串中为0.23%，在635/22 nm脉冲序列中为0.20%。其他三个源通道的CV值相似（0.15-0.25%）。除了光谱带宽（图3）以外，固态LED、光导管和激光器之间的主要区别在于其光输出的角度分布；LED和激光器之前的zui大区别如表1所示。对于宽场显微镜应用，LED光源配置为科勒照明产生的均匀照明，辐照度范围为1-100mW/mm2。然而，单分子定位显微镜（SMLM）需要更高的辐照度，通过链接到显微镜临界落射照明器（critical epilluminator）的CELESTA光引擎（Lumencor, Inc., Beaverton OR），可以在样品表明提供10^4mW/mm2的辐照度（图6）。临界照明的使用是由科勒照明在光学上的低效率所决定的，因为科勒照明并没有覆盖整个光源表面或者发射光的全部角度分布。在临界照明中，光源被直接成像到样品平面上，这种方法更为高效，但对光源输出中的任何空间不均匀性也更为敏感。临界落射照明器的作用是均匀化任何空间上的不均匀性，以产生与典型scmos相机传感器尺寸（~200mm2）相匹配的高辐照度照明场。Light SourcePower(mW)①light guide②Light Guide Cross SectionArea(mm2)NA③Etendue (mm2 sr)④LED500Liquid light guideCircle,3mm dia7.070.302.00Laser800multimode fiberSquare, 0.4*0.4mm0.160.220.02表1. 光源比较①输出功率是在指定光导的远端测量的②使用光导将光源输出耦合到显微镜或光学扫描仪③光导的数值孔径④光通量积决定了光学检测系统有效利用光源输出的能力。当光源的光通量积与光学系统的光通量积紧密匹配时，可以获得zui佳性能。sr=球面弧度。 针对光驱动生物技术以及工业应用，优化光源的选择性需要全面考虑仪器的光谱、空间和时间要求，这些正是需要照明光源来支持的。通常一种技术尽可以满足其中的部分要求，所以zui佳策略即是混合多种技术来满足全部需求。复杂的光引擎可以提供这样一种集成的方法来混合光源，并克服任何给定技术的基本限制，例如，在荧光分析中，LED在500-600nm的光中由于臭名昭著的“绿色间隙”功率和亮度往往无法满足；或者相对于毫秒级的切换时间，任何弧光灯的开/关不稳定性；又或者广谱光源进行多路复用研究时，谱宽也带来了限制。如今各种固态光源各有优劣，只有仔细评估它们的优点与局限性，才能为光驱动生命和材料科学应用的广泛领域找到zui合适的照面解决方案。图6.使用CELESTA光引擎（Lumencor, Inc., Beaverton OR），通过一根直径800um的光纤耦合到安装在尼康Ti/Ti2显微镜的临界落射照明器上，并产生均匀的荧光玻璃成像。使用尼康60/1.4 NA Plan Apo物镜和Andor的 Zyla 5.5 (2560 x 2160 pixels) scmos相机进行图像捕捉。图表显示了相机沿着标记为红色的对角线所记录的灰度值。右上角的插图展示了使用尼康10X/0.3 NA Plan Apo物镜成像的同一样品。关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。

光谱指纹与光谱指纹采集者-LIBS技术与调Q纳秒激光器激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种成熟的分析原子发射光谱技术，可用于各种样品的元素分析。凭借其精准的检测水平，广泛应用于各行各业，包括食品行业、土壤分析、合金分析等等。其原理为LIBS通过直接测量样品烧蚀产生的等离子体发射来分析样品，提供一个即时的光谱指纹，代表其元素组成。在2017年，S. Moncayo1[1]等人采用一种基于激光诱导击破光谱(LIBS)的快速、低成本的牛奶掺假质量控制、溯源和检测方法。研究了三聚氰胺掺假婴幼儿奶粉中三聚氰胺含量的定量分析。讨论了利用LIBS技术结合化学计量分析在食品工业中进行乳制品质量控制的潜在用途。在此研究中，LIBS技术使用调Q Nd:YAG激光器，工作波长为1064 nm，脉冲持续时间为4 ns，样品放置在X-Y-Z手动微量定位器上，用100mm焦距透镜将激光束聚焦在颗粒表面，产生直径为170µm的光斑。使用光谱仪进行分析，光谱范围为190 ~ 450 nm(光谱分辨率为0.1 nm)。激光脉冲能量固定为100 mJ，重复频率为1 Hz。激光脉冲后延迟2.5µs获得LIBS光谱。图1所示 LIBS光谱检测了其中所含元素。图1 [1] LIBS定量检测在230 ~ 450 nm区域光谱分析 在2017年，Hira Shakeel[2]等人采用标定自由激光诱导击穿光谱(CF-LIBS)对标准铝硅合金进行了定量分析。利用Nd:YAG激光器的基频(1064nm)产生等离子体，并在3.5us探测器栅极延迟下记录了发射光谱。发射光谱定性分析证实合金中存在Mg、Al、Si、Ti、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Sn和Pb。利用等离子体温度和各元素的自吸收校正发射谱线测定了合金中各元素的浓度。实验采用调Q Nd:YAG激光器，工作波长为1064 nm，能量为30-200mJ，脉冲持续时间为9 ns，重复频率为10 Hz，在样品表面产生等离子体。激光脉冲能量由Nd: YAG激光系统中的内置设备改变，并使用能量计在63%的稳定度内进行监测。图2所示 LIBS光谱。图2 [2] 合金样品在230 ~ 290 nm区域时单脉冲LIBS光谱分析 在2009年，S. Pandhija[3]等人采用激光诱导击穿光谱(LIBS)和免校准LIBS (CF-LIBS)技术对环境样品中Cd、Co、Pb、Zn、Cr等有毒重金属元素进行了检测和定量。记录了不同浓度有毒元素(Cd、Zn)的标准土壤样品的LIBS光谱。实验装置由调Q Nd:YAG激光器、光谱仪、光纤束、透镜、平移台和计算机组成。采集门延迟为1.5µs，在200-350 nm的光谱范围内记录了土壤颗粒的LIBS光谱。图3所示的LIBS光谱清楚地显示了大量元素的存在，即Si、Ti、Al、Fe、K、Mg、Ca、Cd、Co、Cr、Mn、P、Sn、Sr、V、W、Na、Pb、Cu等。图3[3] 土壤样品在200 ~ 350 nm区域的光谱显示重金属谱线 LIBS技术通过采集待测样品的光谱指纹，分析其元素组成；you秀的分析方法，离不开you秀的激光器设备，昊量光电推出调Q纳秒激光器适用但不局限于激光诱导击穿光谱(LIBS)技术。下面对纳秒激光器产品进行详细的介绍：1.Q1激光器Q1激光器，其中主要特点为重复频率可调0-10/20/50Hz，激光在10Hz脉冲重复率下可产生高达40mJ的脉冲能量，在50 Hz脉冲重复频率下可产生高达10 mJ的脉冲能量。激光器可以配置为分别从 Nd：YLF 或 Nd：YAG 激光晶体发射1053nm或1064 nm 波长。Q1激光器搭配H1倍频器搭配可产生波段为526.5/532nm,351/355nm，263/266nm,211/213nm单波段光源。图4为Q1激光器与Q1激光器搭配H1倍频器图片示例。由于Nd：YLF晶体的热特性，在1053 nm处，激光器可以从单次脉冲到zui大脉冲重复率工作，而不会对光束发散度或轮廓产生显着变化。激光束的低发散度允许使用可选的 H1系列谐波发生器模块有效地转换为谐波波长。Q1是一款紧凑、节能、二极管泵浦、风冷、调Q激光器，专为需要高峰值功率脉冲的广泛应用而设计。2.Q2/Q2HE激光器Q2激光器，其中主要特点:重复频率固定为10Hz/20Hz/33.3Hz/100Hz/200Hz,激光在10Hz脉冲重复率下可产生高达80mJ的脉冲能量，在100 Hz脉冲重复频率下可产生高达10 mJ的脉冲能量。Q2激光器搭配Hsmart倍频器搭配可产生波段为526.5/532nm,351/355nm，263/266nm,211/213nm单波段光源。Q2HE激光器，其中主要特点：重复频率固定为10Hz/20Hz/50Hz/100Hz,能够产生比Q2更高的能量，具有高达120 mJ 脉冲能量和/或高达5 W平均输出功率的高质量激光束。Q2HE激光器搭配H-SMART倍频器搭配可产生波段为526.5/532nm,351/355nm，263/266nm,211/213nm单波段光源。图5为Q2激光器与Q2HE激光器图片示例。Q2系列二极管泵浦，完全风冷，调Q激光器设计用于需要高峰值功率脉冲的广泛应用。内置同步脉冲发生器，并具有短腔配置，与标准配置相比，在短腔配置中脉冲持续时间可以减少50%。脉冲能量高达60mj时，脉冲峰值功率可达30mw以上。3. Q-Double/Q-Sparkle/Q-Shift激光器Q-Double激光器，它的主要特点为：产生具有可变时间间隔的两个脉冲。它的目标应用是PIV(粒子图像测速)，LIBS(激光诱导击穿光谱)。在10 Hz脉冲重复频率下，激光器的总脉冲能量可配置为高达160 mJ，在100 Hz重复频率下产生高达40 mJ的脉冲能量。脉冲持续时间为 5-10 ns，时间间隔10 ns – 100 ms。Q-DOUBLE兼容H-SMART倍频器。图6为Q-Double激光器与Q-Double激光器部分参数图片示例。Q-Sparkle激光器，它的主要特点为：专为需要亚纳秒或纳秒脉冲应用而设计，在1064 nm处高达 20 mJ 的脉冲能量，高达 20 MW 的峰值功率。其中，无Q-开关 Q-SPARK 版本可配置为产生短至750 ps且脉冲能量超过5 mJ的脉冲。E-O Q开关版本可提供高达20 mJ的激光，通过内置Web服务器通过以太网端口进行监控和控制。提供API以与用户设备集成。图7为Q-Sparkle激光器与Q-Sparkle激光器部分参数图片示例。 Q-Shift激光器,它的主要特点为：Q-SHIFT是一系列调Q激光器，具有内置的非线性波长转换台，可以产生传统固态激光器无法获得的波长。图8为Q-Shift激光器1163nm波段与1177nm波段部分参数图片示例。图9为Q-Shift激光器1300nm波段与1377nm波段部分参数图片示例。图10为Q-Shift激光器1551±1nm波段与1571±1nm波段部分参数图片示例。当Q-SHIFT激光器与我们的可连接SHG或独立的H-SMART谐波发生器结合使用时，可提供可见波长（蓝色，黄色和红色）的高峰值强度脉冲。可产生波段为581.5/588.5nm,388/392nm,291/294nm;650/658.5nm,433/439nm,325/329nm;775.5/785.5nm;517/524nm;388/393nm。4. Q-tune/Q-tune G/Q-tune HR/Q-tune IR激光器Q-TUNE系列激光器，它的主要特点为使用光学参量振荡器（OPO）产生可调波长，线宽窄至6 cm-1。可选的二次谐波发生器将调谐范围扩展到 210-410 nm，线宽窄至12 cm-1。所有激光电子设备都集成到Q-TUNE的外壳中，唯yi的外部模块是电源适配器，提供12 VDC, 20 - 50 W功率(取决于型号)。除了可调谐的波长输出外，Q-TUNE还提供旁路端口，用于访问泵浦激光束。可根据要求提供的可选扩展，用于监测OPO波长和线宽的紧凑型光谱仪。表2为Q-Shift激光器1551±1nm波段与1571±1nm波段部分参数示例。Q-tuneQ-tune GQ-tune HRQ-tune IRWavelength,nmOPOSH extension410-2300nm210-410nm680-2300nm750-1800nm1600-3200nm1380-4500nmBuild-in pump laser wavelength1064 or 1053 nm1064 or 1053 nm1064 or 1053 nm1064 or 1053 nmPulse repetition rate10 Hz、33Hz、100Hz10 Hz、33Hz、100Hz1-10 kHz、10-100kHz10 Hz、33Hz、100HzPulse  energy＞8 mJ＞2 mJ＞50 uJ＞1 mJPulse duration5-7 ns3-4 ns5.调Q纳秒激光器的独特优势昊量光电推出Nd:YAG和Nd:YLF风冷、无水调Q纳秒激光器，可以在平均功率高达5 W的情况下产生每脉冲能量高达120 mJ的纳秒脉冲。气冷、无水且经济高效的解决方案，适用于广泛的应用，包括LIBS、LIDAR、TOFS、微机械加工等。应用领域包括：激光诱导荧光(LIBS)激光打标激光烧蚀光声成像屏幕修复飞行时间光谱(TOFS)光致发光(LIF) 闪光光解质谱激光解离(MALDI)激光脉冲沉积(PLD)激光雷达遥感(LIDAR)参考文献[1] Moncayo S, Manzoor S, Rosales J D, et al. Qualitative and quantitative analysis of milk for the detection of adulteration by Laser Induced Breakdown spectroscopy (LIBS)[J]. Food chemistry, 2017, 232: 322-328.[2]Shakeel H, Haq S U, Aisha G, et al. Quantitative analysis of Al-Si alloy using calibration free laser induced breakdown spectroscopy (CF-LIBS)[J]. Physics of Plasmas, 2017, 24(6).[3] Pandhija S, Rai N K, Rai A K, et al. Contaminant concentration in environmental samples using LIBS and CF-LIBS[J]. Applied Physics B, 2010, 98: 231-241.关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。

活细胞的“聚光灯”——前沿活细胞成像的案例分享细胞是一切生命的基本单位，构成了各式各样的生命体。因此研究细胞的结构以及内部生命活动过程可以帮助我们更深入地探究生命的奥秘，了解生命体是如何构建和运作的。传统的细胞显微术只能通过观察固定的细胞标本进行推测，但已经失“活”的细胞已经无法反应新陈代谢、信号传导等生命活动，无法反应活细胞的真实情况。因此活细胞显微术越来越受到生命科学研究学者的青睐，能够在细胞仍然活跃并处于正常生理活动的状态下进行观察，帮助科学家更好地研究细胞间的相互作用，以及进行药物研发和筛选等方面的应用。在这里，我们整理了近几年来自Lumencor的白光光源运用于活细胞显微术的前沿研究，希望能为您的研究带来灵感。细胞内部Ca2+，线粒体膜电位和细胞质乳酸的延时成像来自威斯康星大学麦迪逊分校Sophia M. Sdao, Thuong Ho, Chetan Poudel等科学家研究了CDK2和β活细胞之间的关系，发现CDK2可以抑制β活细胞的氧化糖代谢和胰岛素分泌，同时对β细胞的代谢信号和K(ATP)通道有重要影响。作者利用一个可诱导的β细胞特异性CDK2缺失的小鼠模型(CDK2-IKO)进行研究，发现这种小鼠的葡萄糖耐受性和葡萄糖刺激的胰岛素分泌都有所提高。实验中通过多种方法测量了CDK2-IKO小鼠的β细胞电活性、钙信号、NAD(P)H寿命、乳酸水平和线粒体膜电位。在搭建延时成像生物传感器时，采用Lumencor SOLA SEII 365作为荧光激发光源，并且基于Lumencor精确的电子控制系统，可以快速调节光输出的强度，设置为参考文献Sdao S M , Ho T , Poudel C ,et al.CDK2 limits the highly energetic secretory program of mature β cells by restricting PEP cycle-dependent KATP channel closure[J].Cell Reports, 2021, 34(4):108690.DOI:10.1016/j.celrep.2021.108690.HuH-7人肝癌细胞中GFP表达的20小时延时成像非病毒基因递送是基因治疗领域的一个快速发展的研究课题，其低免疫原性避免了免疫系统对外源基因的排斥和攻击，提高了基因治疗的安全性和有效性，但受到合成核酸纳米载体在内吞体内停留时间的限制。为了克服这种瓶颈，需要一种能够同时测量纳米载体的摄取动力学和转染效率的方法。慕尼黑大学的研究人员A. Reiser, D. Woschée, N. Mehrotra等人使用单细胞阵列的活细胞成像(LISCA)来研究不同血清条件下基于脂质mRNA复合物的递送时间分布，文中使用HuH-7肝癌细胞作为系统模型（RNA治疗的主要靶器官之一）。该方法可以同时监测数百个单细胞的eGFP报告基因表达，通过拟合到模型，即可得到每个单细胞的表达起始时间和表达速率等参数。本文采用微结构单细胞阵列和自动活细胞延时显微镜来收集单个荧光时间过程。其中用于延时成像的时间分辨荧光显微镜搭载的即是来自Lumencor的SOLA-SE II LED光源。参考文献Reiser A ,D Woschée, Mehrotra N ,et al.Correlation of mRNA delivery timing and protein expression in lipid-based transfection[J].Integrative Biology, 2019, 11(9).DOI:10.1093/intbio/zyz030.用高通量多色荧光显微镜观察单个大肠杆菌细胞双链断裂修复来自瑞典乌普萨拉大学和皇家理工学院的研究人员Wiktor J, Gynnå A H, Leroy P等在Nature上发表了一篇探索活细菌中RecA螺旋丝如何通过同源重组修复双链DNA断裂（DSB）机制的文章。在一个可诱导的DSB系统中，利用高通量、微流控和荧光显微技术，直接观察大肠杆菌中DSB修复的过程，以及RecA蛋白在修复中的动态变化，如下图中所展示的。在搭建实验所用的荧光显微镜时，Lumencor的Spectra III 系列的荧光光源与Nikon的Ti2-E倒置显微镜以及Andor的Sona 4.2B-11 scmos相机组合使用。显微镜由运行内建插件Micro-Manager控制。而荧光光源由相机通过TTL连接触发，使用电子快门控制。Lumencor的TTL触发输入可以外部控制集成的八个光源的选择以及开关，凭借精确的电子控制，切换速度间隔可达10μs。参考文献Wiktor J, Gynnå A H, Leroy P, et al. RecA finds homologous DNA by reduced dimensionality search[J]. Nature, 2021, 597(7876): 426-429.基因编码电压指示剂 （GEVI） JEDI-1P 在解离的大鼠皮质和海马神经元中的成像使用基因编码的电压指示剂（GEVI）进行宽场成像是了解大型皮层网络在神经编码行为中的作用的一种有前景的方法。莱斯大学以及埃默里大学的研究人员开发了一种针对单光子成像优化的GEVI和改进的方法，应用于小鼠长期的全脑电压成像。并通过一个自动化高通量筛选平台，使其具有快速的动力学、高亮度、高灵敏度和在宽常单光子照明下的高光稳定性。在多轮定向进化后，产生了在所有指标上都有所提高的JEDI-1P，这是一种绿色的荧光指示剂，zui终研究人员成功在清醒小鼠中实现了稳定的全脑电压成像。为了以高通量的方式评估GEVI的性能，研究人员搭建了一个基于倒置显微镜（A1R-MP,Nikon Instruments）自动化多模式的96孔筛选平台。由Lumencor的LED光引擎（SpectraX）产生激发光，通过液态光波导（LLG）引导至显微镜的荧光顶置照明器。其中青色光(中心波长/带宽，470/24nm)和绿光(550/15nm)通过物镜分别照射到样品台上，激发基于GFP的GEVI以及mCherry。参考文献Lu X, Wang Y, Liu Z, et al. Widefield imaging of rapid pan-cortical voltage dynamics with an indicator evolved for one-photon microscopy[J]. Nature Communications, 2023, 14(1): 6423.Fura-2 Ca2+在小鼠垂体细胞中的成像为了探究蛋白酪氨酸磷酸酶受体N和N2（PTPRN和PTPRN2）在小鼠繁殖过程中的性别特异性作用机制，美国国立卫生研究院的尤尼斯肯尼迪施莱佛guo家儿童健康与人类发展研究所 (Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development)的研究人员对PTPRN和PTPRN2进行双敲除（DKO）,结果导致雌性小鼠不育，表现出青春期延迟、无排卵、卵巢基因表达和类固醇合成的改变。而雄性小鼠则大部分育性不受影响，睾丸的基因表达、类固醇合成以及生殖器官的发育没有明显影响。在研究过程中，钙离子成像技术被用于研究垂体细胞的成像，研究PTPRN和PTPRN2的缺失对垂体促性腺激素细胞（gonadotrophs GnRH）的钙信号的影响。340/30nm和380/20 nm的激发带通由Retra II光引擎（Lumencor,Beaverton,OR）提供，激发带通通过510/84nm的滤光片进行了检测。图中展示了一些GnRH（100pM）诱导培养垂体细胞中的钙信号数据。实验使用源自WT和DKO雄性和雌性小鼠的细胞进行。 参考文献Sokanovic S J , Constantin S , Dams A L ,et al.Common and female-specific roles of protein tyrosine phosphatase receptors N and N2 in mice reproduction[J].Scientific Reports[2024-01-15].DOI:10.1038/s41598-023-27497-4.关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。

实时高分辨率的THz 成像的应用本文讲述了一种实时太赫兹 成像方法，使用一个商用光纤 耦合光电导电天线作为太赫兹源和一个未冷却的微测辐射热计相机进行检测。利用我们的RIGI太赫兹相机，做了对应的测试。结果表明，THz相机对（生物）材料的隐藏项目、复杂结构和水分含量都可以很好的解决。本文的编写是基于参考文献1的研究成果。一． 简介在材料科学以及工业和安全应用中，样品的无损检测是一个重要的前提。非电离太赫兹辐射可以是一种选择，因为它可以提供亚毫米的分辨率。此外，许多材料在这个频率范围内具有较高的透射率。已通过太赫兹辐射成功的研究了塑料、陶瓷、非法药物、、爆炸物、木材、纸、叶和血液]等广泛的材料。此外，大量基于（次）太赫兹辐射的安全应用程序已经被提出，其中一些是商用的。尽管具有巨大的潜力，针对外部太赫兹研究的应用目前并不普遍。理论上，太赫兹传输成像装置可以由单线源、准直透镜和像素阵列相机组成。这种简单的设置是工业和安全应用程序的一个很有前途的候选者。然而，可实现的分辨率和图像质量分别受到辐照波长、所有光学组件的数值孔径NA以及相机特性（像素大小、灵敏度等）的限制。特别是为了规避光学组件的限制，无透镜成像将是一种很好的选择。到目前为止，频率在0.2-4THz范围内zui常用的源是远红外（FIR）气体激光器、量子级联 激光器（QCLs）和光导电天线（PCAs）。FIR气体激光器是基于高功率、中红外CO的2-激光泵浦一个太赫兹腔。它们的太赫兹发射可以是连续波（cw），在2.52THz时，输出功率超过150mW。输出波长取决于太赫兹谐振器中的气体。然而，连续波激光器只发射一条线，而且稳定的操作可能具有挑战性。zui近，相对紧凑的太赫兹qcl开始在没有低温 恒温器的情况下工作，使用热电冷却器，温度高达250K。在频率梳 操作中，带宽一直高于一个八度的，但它仍然被限制在1THz-6THz。zui近，报道的峰值输出功率达到2W（58K，3.3THz，单模）。尽管取得了很好的进展，但还需要更多的研究来实现室温运行、更大的带宽和更高的功率。PCA结合了上述源的许多优点：它们是紧凑、建立良好的宽带源，带宽高达6THz和90dB动态范围。它们的性能受到近红外（NIR）泵浦脉冲、载流子寿命和所选探测器的限制。大多数商业上可用的太赫兹时域光谱仪 （THz-TDS）使用PCA结合离轴抛物面镜（OAPMs）作为基础。紧凑和坚固的THz-TDS的应用迅速从第1个报道的水汽吸收表征的用例扩展到其他研究学科，甚至包括（艺术）保护和考古学。到目前为止，对于THz-TDS成像，只报道了多像素探测器的原型；图像采集需要对样本进行连续扫描，但不能提供实时数据。然而，扫描THz-TDS为工业应用中太赫兹成像的适应铺平了道路。g.漆面厚度测定方法。由于PCA的广泛应用，太赫兹成像非常有吸引力。例如，斯坦切夫等人。使用PCA进行实时单像素成像。他们通过数字微镜设备调制太赫兹波束的方法保留了THz-TDS的时域能力，同时仍然以每秒6帧（fps）的速度实现了3232像素的分辨率。相反，他们的方法需要复杂的设备，而本文讲述了一种基于简单传输设置的方法，使用PCA作为源，并利用微测辐射热计相机的zui新改进。我们的方法可以提供更高的分辨率，更适合现场（工业）应用，但牺牲了光谱信息。在本文中，我们简要概述了该方法、相机特性、设置，并描述了数据处理。我们实时记录了太赫兹波束形状，并用西门子星确定了空间分辨率。通过对隐藏在纸信封中的钥匙的成像、叶片中不同含水量的定性分辨率和木材中年环的成像，证明了该方法在实际应用中的适用性。二． 实验设备以及实验方法2.1照相机和镜头的属性实验使用了瑞士太赫兹相机和太赫兹镜头。其规格分别见表1和表2。表1：摄像机的技术规格书。使用相机RIGIS2x是一个新的原型，是优化的低频成像。这是通过一个优化的探测器结构来增强对低频太赫兹辐射的吸收来实现的。表2：镜头的技术规格书。2.2  实验装置该系统中，用了一个基于100µmInGaAs的带线天线作为发射机（TX）。它的偏置设置为120V，用脉冲1550nm铒光纤激光器（脉冲持续时间：60fs，重复频率：100MHz）。到达TX的22.3mW的NIR泵被转换为大约40µW连续当量的线性极化太赫兹辐射。在所有实验过程中，THz-TDS扫描时间均固定在70ps。光学装置是锯齿形透射几何类型(见图1):光经过两个OAPM后发散输出，然后被另外两个OAPM聚焦。一个样品可以放置在光束的腰部。透射的辐射由第二对OAPM对（与第1对旋转对称）引导到探测器上。此外在平行光束部分插入两个线栅偏振器，以确保高度的线极化。此外，它们还允许通过旋转偏振器的方法来降低强度。为了简化图1的设置，我们删除了所有的OAPM，直接照亮样品，并用专门为RIGI相机设计的镜头拍摄图像(图2).图1:之字形设置示意图通过光纤，fs泵浦激光器(λ=1550nm)激发TX,TX又发射太赫兹辐射。四个OAPM和两个偏振器P1,P2将太赫兹辐射引导到相机传感器上(位于太赫兹TDS中RX的位置)。图2：基于透镜的成像的示意图，TX的太赫兹发射在它到达样品之前被一个硅透镜准直。为了抑制热图像，样品被安装在一块特四氟乙烯薄膜上。使用距离目标平面600毫米以上的相机/镜头组合记录透射辐射。TX大致被放置在一个硅（Si）透镜（f=25mm，d=25mm）的焦点上，它对准了太赫兹发射器的发散辐射。透镜和主成分分析之间的精确距离决定了照明区域的大小。大多数样品被安装在靠近准直透镜的1mm厚的聚四氟乙烯片上，用于热图像抑制。如果这是不可能的，在样品和相机之间放置一个3毫米的特氟隆片。此外，将黑色聚乙烯（PE）箔固定在TX上，以削弱泄漏的1550nmNIR泵浦脉冲。由于相机镜头的设计（f=44mm），zui小成像距离为600mm。通过已有的成像技术，进行成像处理，并呈现给大家。三． 实验结果3.1 THz-TDS光束轮廓作为第1个概念验证，我们用图1所示的设置测量了PCA发射的光束轮廓。在这种配置中，我们对传感器的光束形状进行了1：1的成像。由于聚焦光束的强度对于高灵敏度的相机来说过高，偏振器P2θ~旋转了65°,根据马氏定律(I=I0*cos2)大约是初始强度通过的18%。假设沿光路进一步损失50%，我们预计平均强度小于300mW/m2在探测器上，但我们仍然能够在没有任何数据处理的情况下获得良好的对比度（见图3（a，b））。图3中的图像代表了一个电影剪辑的单帧，这是通过沿太赫兹传播方向移动摄像机获得的。数据采集以9帧每秒的速度进行，允许实验者立即获得即时反馈。即使是未经处理的数据也直接从摄像机中流出。图3（a、b）)为定性的分析提供了足够的信息。对相机数据进行后处理(图3（c-f）显示光束失去焦点。图3（c，f）)为椭圆形，向地平线倾斜约45°。靠近焦点(图3（d，e）)，梁略呈十字形。此外，还可以解决从+45°到-45°倾斜的连续过渡。图3：选定的一维实时光束形状扫描的单帧。从相机软件（a、b）保存的数据，并将相同的数据与应用后处理（c、d）进行假色比较。子图（a、c、f）描绘了两个失焦位置（焦点前后）的光束形状。接近zui优焦点的空间强度分布见（b、d、e）。3.2 拍摄西门子星第1次成像测试是在一颗西门子星上进行的(图中的可见光摄影（VIS）。4(a)，外径d=12.5mm，边缘直径d边=10.6毫米，9个辐条)，激光消融从一个薄薄的金属片上，并安装在一个1毫米厚的聚四氟乙烯片上。为了从THz-TDS中更强烈的样品辐照中获益（由于光束尺寸较小，可实现的强度更高），将样品放置在标准位置(见图1).通过有意地将第1OAPM对和TX移动到更靠近样本的位置，将焦点移动到样本平面之外，有效地扩大了被照亮的样本面积。通过这种方法，西门子明星的一部分可以被成像(图4(b)).然而，使用oapm的锯齿形结构不允许对如此大的样本进行无失真成像。这可以通过稍微重新定位西门子之星来证明(图4(c)).切换到线性设置(图2)允许解决完整的西门子之星(图4(d)).对于这个数据集，我们没有使用任何空间滤波来避免其对空间分辨率确定的影响。只应用了死像素去除(图4(e)).录制的实时视频很好地显示了西门子之星的旋转情况(见图4（f-h)和补充材料中的视频S2),只是有一些轻微的强度波动和变化。 图4：金属西门子星的成像。西门子之星(a)为可见光图片，图像与西门子外缘星可见(b)，而在(c)只有中心部分可分辨。未经处理的THz数据(d)和假色，应用死像素去除(e)。西门子星的外缘（蓝色圆圈）和分辨率限制（红色圆圈）。这些图像的质量允许对空间分辨率的估计。首先,zui小的半径是T分在一个有中心的圆中，一个辐条和一个开口之间的平均对比度大于zui高对比度的10%。分辨率大于Tres=2·T分/N，其中N=9为辐条数。对于当前的成像设置，分辨率为rres=1.05（15）mm由10个不同的西门子星形图像估计得到。 3.3拍摄把钥匙放在信封里我们通过检查金属键来证明我们的方法从更大的距离检测隐藏的（金属）物体的能力。5（a，d）)，用一个标准的纸信封隐藏。两个非常相似的键被放置在离相机组件大约600毫米远的太赫兹光束中(见图2).用位于样品和相机之间的3mm特氟隆抑制热图像。正如预期的那样，一个没有信封的金属钥匙被清楚地解决了(图5(b)).后处理增强了对比度，并使边缘更加清晰(图5.(c)，视频S3在补充材料中)。由于粗糙纸表面的吸收和衍射，将金属钥匙放入纸信封中，降低了图像质量。5(e)).另外的质量损失来自于将数据保存为8位jpg，这种格式似乎不适合我们的太赫兹成像目的。总的来说，关键的形状相当微弱，但后处理可以提高视觉清晰度，甚至连纸信封的边缘都变得可见(图5(f)).补充材料中的视频S4展示了实验是如何在实验室中进行的。图5：金属键的成像图拍摄粗糙尺寸（a、d），按键的原始THz图像（b、e），去除死像素后的处理THz图像（c、f）。钥匙仍然可以在标准纸信封（e、f）内解析，并标记信封的边缘(f)。3.4 拍摄具有不同水分含量的叶片太赫兹区域对水的强吸收使太赫兹成像成为生物样本的一种有趣的模式。我们通过研究不同含水量的叶片来评估我们的方法的潜力。三个不同的叶子标本(图6(a))已安装在1mm厚的聚四氟乙烯薄片上，并按照第2.3节和补充材料中的视频S6的描述进行扫描。缝合的图像(图6(b))以及示范性的单帧(图6（c-e）从视频S5的补充材料)提供了相同的明显的更大的特征，如形状，裂缝等。作为摄影(图6(a)).此外，太赫兹图像显示，水分含量较高的叶片明显较暗。虽然失去了解决更细节的能力，但这可以进行准确的定性分析，甚至实时监测扩散过程。图6. 实验前采集的两个：一个来自干燥的地方（中间），一个来自潮湿的排水沟（底部）。用太赫兹透明胶带粘在1毫米厚的特氟隆片上；通过图像处理去除特氟隆和胶带条纹，以获得更好的视觉清晰度；部分仍然可见。不同的叶子(b)的太赫兹图像与一对镊子增强对比度（垂直线）和特四氟乙烯薄片的边缘（顶部，水平）可见。水分含量越高，明显表现为亮度越低。图像拼接与自相关从单帧的实时一维扫描。一个典型的后处理单框架阐述了干的(c)，湿的(d)和非常湿的(e)叶。3.5 薄木样品一个0.19毫米薄的切片机切割的木材样品被安装在一个可旋转的支架中。在样品和相机之间使用3mm的特氟隆实现热图像抑制。旋转的零位置（‘=0°)的定义为使年环平行于太赫兹辐射的极化。这种预防措施可以确定偏振对所记录的图像是否有任何影响。艺术插图图7(a).显示了不同方向的实际样品的照明区域的近似每年的环已经在原始的太赫兹图像中可见了(图。7(b))，并在后处理的数据中变得更加明显(图7(c)).每种配置都可以清楚地识别出年环。没有证据表明环的方向会影响图像的对比度。太赫兹图像(图7（b，c）)是一个视频剪辑（补充材料中的视频S7）的单帧，尽管我们有很高的吸收，但我们能够实时记录。图7：一个薄木样品的成像。(a)不放大不同角度的薄木样品的近似照度的艺术插图’，对应于从实时记录的完整样本旋转中选择的太赫兹单帧（b，c）。从相机获得的未处理数据(b)和后处理表示与死像素去除(c).四． 关于THz的讨论使用PCA作为太赫兹源的主要限制是低输出功率。只要是用聚焦光束获得的图像，这就不那么重要了。然而，对于准直光束，辐照度随光束半径呈二次减小。例如，在THz-TDS（聚焦，RX）中可以检测到通过塑料（食物）容器的强传输信号，但使用准直光束和相机而不是RX，不能记录有效的信号。虽然该相机非常灵敏，但扩展的光束结合样品吸收并不能在传感器上提供足够的辐照度来进行实时成像。对于当前的成像设置，分辨率为rres=1.05（15）mm是根据西门子星形图像估计的。图4(c-f)).如果我们将它与zui小光束形状的半zui大值的全宽进行比较，这个分辨率与我们所能期望的zui大值相差不远(图3（d，e）)为0.65（10）mm，zui大强度为THz-TDS的波长（0.6mm对应0.5THz），这决定了zui大可达到的分辨率。我们假设，对有限分辨率的一个相关贡献是使用宽带发射器而不是单线源。虽然辐射包含高频，这将允许更好的空间分辨率，但来自较低频率的主导信号模糊了图像，并主导了分辨率特性。此外，在环境条件下的强水蒸气吸收大大降低了较短波长的强度，只留下较长的波长可用于成像。由于图像质量高度依赖于光路长度，减少源、样品和相机之间的总距离，同时抑制水蒸气的影响将有帮助。不仅在更大的距离或环境条件下工作是绝对需要的，正在开发的更高效的PCA可以在更短的波长下提供更大的频率带宽和更高的强度。用高通滤波器 屏蔽较低的频率，同时仍然保持足够的强度为高对比度太赫兹图像，可以分辨当前设置无法访问的较小结构。通过概念证明，复杂的样本结构可以被成像( 图6 & 图7 )，在这项工作中描述的设置也可以为材料科学家提供更容易的太赫兹实验。我们可以想到用聚合物、气凝胶、（嵌入式）纳米材料和由改性生物前驱体衍生的材料来进行的实验。后者也可以作为连接生物学的桥梁。对树叶、草、作物、幼树（树）树苗进行的田间、体内实验都在可能的范围内。由于相对较高的便携性、低功耗和鲁棒性，在没有基础设施/离网的偏远地点进行长期的现场实验似乎是可行的。从生物样本成像能力，农业和食品工业也可以直接获利。通过监测叶片和植物的含水量来改善水分管理。这已经在各种太赫兹设置中得到了证明。这种成像方法不仅可以在生产过程中应用，而且可以保证在运输和进一步加工过程中的产品质量。g.通过包装实时检测变质或异物(见图5).后者还立即意味着适用于邮件筛选等安全应用程序。进一步的工业用例可以是在生产过程中的质量控制，eg.纸张含水量监测、塑料安全检查或回收等。同样可以想象的是太赫兹光弹 性，其中人们可以测量太赫兹透明材料在传输过程中的应力状态。宽光谱范围和偏振控制可用于可视化和评估包装材料和电子外壳中的残余应力分布，也可用于在机械试验中实时显示应力分布。五．结论利用我们的RIGI太赫兹相机，我们实现了在光斑轮廓，外形轮廓，无损检测，还有水分多少的检测应用。并对THz的其他应用做了一些展望。我们拥有THZ相机，THZ源，THZ探测器，THZ光谱仪等THZ应用的大部分器件，相关文献：[1] REAL-TIME HIGH RESOLUTION THZ IMAGING WITH A FIBER COUPLED PHOTO CONDUCTIVE ANTENNA AND AN UNCOOLED MICRObolometer CAMERA, April 9, 2021, Peter Zolliker, Elena Mavrona, Erwin Hack.关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。

光子源偏振纠缠验证实验1900年，普朗克为了克服经典理论解释黑体辐射规律的困难，引入了能量子概念，为量子理论奠下了基石。随后，爱因斯坦针对光电效应实验与经典理论的矛盾，提出了光量子假说，并在固体比热问题上成功地运用了能量子概念，为量子理论的发展打开了局面。1913年，玻尔在卢瑟福有核模型的基础上运用量子化概念，对氢光谱作出了满意的解释，使量子论取得了初步胜利。从1900年到1913年，可以称为量子论的早期。以后，玻尔、索末菲和其他许多物理学家为发展量子理论花了很大力气，却遇到了严重困难。要从根本上解决问题，只有待于新的思想，那就是“波粒二象性”。光的波粒二象性早在1905年和1916年就已由爱因斯坦提出，并于1916年和1923年先后得到密立根光电效应实验和康普顿X射线散射实验证实，而物质粒子的波粒二象性却是晚至1923年才由德布罗意提出。这以后经过海森堡，薛定谔、玻恩和狄拉克等人的开创性工作，终于在1925年到1928年才形成完整的量子力学理论，与爱因斯坦相对论并肩形成现代物理学的两大理论支柱。但针对于量子力学的完备性问题，爱因斯坦与波尔进行了十分长久的争论。1935年，爱因斯坦、波多尔斯基和罗森提出了EPR佯谬。定域实在论的提出，让众多科学家争论了数十年。1964年，贝尔不等式的提出，将这一理论上的问题转换到了实验中可验证的领域。引起了科学家们的广泛关注。为了验证贝尔不等式的正确性，众多科学家用不同的方法进行了实验，其中阿兰·阿斯佩、约翰·克劳泽、安东·塞林格三人贡献zui为突出，因此获得了于2022年获诺贝尔物理学奖，以表彰对纠缠光子实验、验证违反贝尔不等式和开创量子信息科学方面所做出的贡献。为了验证贝尔不等式，人们渐渐的将目光转向了如何产生纠缠光子对这个问题上，经过数十年的发展，目前主要产生纠缠光子的方法主要有自发参量下转换与自发四波混频等。此处我们主要介绍自发参量下转化。自发参量下转换过程，指的是一束高频光（泵浦光，pump）入射到非线性晶体上，产生两束低频光的现象，这两束低频光分别称为信号光(signal)和闲置光(idler)。当信号光和闲置光初始均处于真空态时，则称为自发参量下转换(SPDC)。一般要求参量下转换过程满足所谓的位相匹配条件，即能量守恒条件和动量 守恒条件。我们用下标p、s、i分别表示泵浦光(pump)，信号光(signal)、闲置光(idler)，则能量守恒条件和动量守恒条件分别为:其中，w表示频率，k表示波矢量。描述非简并参量下转换过程的相互作用哈密顿量为:其中，χ(2)是二阶非线性极化率；和分别表示k光的光子产生和湮灭算符。一般来说，泵浦场较强，可作经典描述(称为参量近似),于是上式变为：其中，η∝χ(2)Ep，Ep为泵浦光的振幅。实际上，非简并自发参量下转换过程还分为两类。在第1类中，信号光和闲置光的偏振方向相同，且均与泵浦光的偏振方向垂直。在第二类中，信号光和闲置光的偏振方向垂直。下面分别予以讨论。在第1类SPDC中，信号光和闲置光的偏振方向相同，其相互作用哈密顿量可由式(4)表示。由于位相匹配条件的要求，信号光和闲置光的传播方向分别位 于以泵浦光传播方向为轴的同心圆锥的不同两侧（在非简并情况下，信号光和闲置光位于不同圆锥；在简并情况下，信号光和闲置光位于相同圆锥），如图1和图2所示。图1 第1类 SPDC光束示意图显然，在满足位相匹配条件的要求下，有无穷多种方式选择信号光和闲置光的传播方向，几种光束截面，如图2所示。(a)光束截面(相同符号表示满足位相匹配条件的共轭光子，中间圆上的两个光子的频率是简并的)(b)位相匹配条件图2 第1类SPDC 光束截面和位相匹配条件示意图设信号光和闲置光初始处于状态，则t时刻的状态为：将指数展开，并取到项，得：设将其与式(4)代入式(6)可得：其中，μ=ηt，上式中略去了含的项。上式是真空态和单光子态的纠缠态，可见利用第1类SPDC，可制备光子数态的纠缠态。在第二类SPDC中，信号光和闲置光的偏振方向垂直。由于双折射效应，信号光和闲置光将沿不同心的圆锥传播，其中一束为正常波（o波），一束为异常波（e波），如图3所示。在圆锥截面的重叠处，信号光子和闲置光子处于偏振纠缠态，如图4所示。图3 第二类SPDC光束示意图图4 第二类SPDC光束截面示意图我们用H和V分别表示水平偏振和垂直偏振，则在参量近似下，描述第二类SPDC的相互作用哈密顿量为：其中，与分别表示产生H和V偏振的k模光子的光子产生算符。下面讨论量子态的时间演化，对第二类SPDC，式(5)和式(6)的形式仍然成立，不过要用式(8)的哈密顿量，信号光和闲置光的初态也要作相应变化。设，则利用式(6)和式(8)可得：定义如下的偏振真空态和偏振单光子态，即：则式(9)可写为：其中，第二项归一化后的形式为：这是zui大纠缠的偏振纠缠态。可见，利用第二类SPDC，可制备单光子偏振纠缠态，或者说，可以产生偏振纠缠的光子对。图5 纠缠光子源TPS 1550昊量光电du家代理的独立量子纠缠光子源TPS 1550，由法国Aurea公司推出。这是一台高性能、紧凑且易于使用的独立双光子源，该纠缠源基于台式设计，将温度可调的ppln波导晶体与波长稳定的激光源结合在一起，可在室温下使用。其仅用5mW的，在C波段产生正交偏振的频率纠缠光子，光子数超过250000光子/秒。其在周期性极化铌酸锂ppln波导(准相位匹配-QPM)中，通过自发参量下转换(SPDC)产生纠缠光子对，是量子信息技术的理想选择。通过USB接口和专有软件接口控制激光泵浦功率和晶体内部温度，以高精度调整相位匹配。我们同时还提供DLL文件以方便您使用LabVIEW，C++，Visual basic等语言进行控制或二次开发。本次实验我们将验证其偏振性。除了必要的光子源，我们还需要单光子探测器与高性能计数器。我们本次使用的是同样由该公司推出的NIR单光子探测器模块OEM，以及由Swabian公司推出的时间相关计数器 TimeTagger。NIR单光子探测器模块OEM为900 nm至1700 nm近红外波段的单光子探测带来了重大突破。其基于冷却InGaAs/InP 盖革模式单光子雪崩光电二极管技术，可执行“门控”(GM)和“自由运行”(FR)探测模式。针对您的需求，该单光子探测器提供了标准版与guan军版两个版本。guan军版具有低至800 cps的超低噪声、高达30 %的高校准量子效率、100 nszui小死时间、100 MHz外部触发器、150 ps的快速分辨率和极低脉冲。标准级提供了非常有价值和成本效益的解决方案。SPD_OEM_NIR设计精良，结构紧凑，接口先jin，使用远程控制软件，提供Python、C++、LabVIEW的DLL，非常容易集成到要求苛刻的分析仪器和量子系统中。时间相关计数器 TimeTagger全系列分辨率为1ps，抖动zui低可达2ps，死时间可达1.5ns，zui多支持18通道，是您进行量子光学、激光雷达、荧光寿命成像、单光子源表征等领域的得力帮手。图6 单光子探测器模块图7 时间相关计数器 Time Tagger Ultra纠缠源、探测器与计数器的页面如下图所示。纠缠源可通过仪器自带的触摸屏进行衰减、晶体温度、开关等设置，操作简便。也可通过usb线连接至PC，在PC端进行设置。单光子探测器可实时观察到当前实验环境温度与探测值，并可简便修改Count rate、dead time、效率、探测模式等，我们还可以设置输出信号参数形式，以数字信号、模拟信号、NIM进行输出。我们选择输出数字信号进入计数器。计数器中有众多预设，如“Counter time trace”、“Bidirectional Histogram”、“Logarithmic Histogram”等，可供不同应用需求进行选择。我们选用“Bidirectional Histogram”模式，并可对Bin宽，Bin数与采集方式等进行修改。图8 纠缠源设置屏幕图9 探测器软件界面图10 计数器软件界面本次实验中我们设置光子源的衰减为5dB，探测器死时间为20μs，计数器Bin宽为500ps，本次实验还需要1550nm激光器，1550nm准直器，偏振片，半波片与四分之一波片等。利用这些器材，我们就可以着手开始验证其产生光子对的偏振纠缠性。图11 验证光路示意图图12 实际光路我们搭建了如图所示的光路，我们首先使用可见光源与功率计将准直器对准。然后更换为1550nm偏振光源与功率计，分步加入偏振片、半波片与四分之一波片并调整角度，zui后更换为光子源，单光子探测器与计数器，光子源的信号光与闲置光将分别经过光纤，通过四分之一波片、半波片与偏振片，zui后由探测器探测，由计数器进行符合。我们保持光路光路其他波片固定，通过转动其中一个半波片并固定，我们可以在计数器中看到符合计数产生了变化。随着半波片的旋转，符合计数也随之发生正弦变化。本次实验中，我们每次将旋转半波片5度，固定后在计数器中采集10s，我们将在此角度得到一个符合计数，再旋转半波片5度，重复上述步骤，我们可得到半波片不同角度下的符合计数。将符合计数记录后进行拟合，具体可见图，其中蓝色线为可得到一正弦变化的曲线，其中散点为测试所得数据，黄色线为拟合正弦曲线。我们可以看出，所得数据点非常符合正弦曲线趋势。zui高值与zui低值相差为45°，其中zui高值为818，zui低值为14，对比度约为98.2%，超过95%，证明了其偏振纠缠性。图13 符合计数随角度呈正弦变化通过本次实验，我们使用了1550nm波长的相关光学器件、Aurea的单光子探测器与Swabian的1ps时间分辨率计数器，计算出TPS1550单光子纠缠源的对比度可达98.2%，证明了其偏振纠缠性。相关文献：[1] 物理学史[M][2] 量子光学[M]关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。

第25届中国国际光电博览会邀您共聚！(CIOE 2024)—— 展位号：3号馆3E16/4号馆 4C196+4C1972024年9月11-13日,第25届中国国际光电博览会（简称：CIOE中国光博会）将在深圳国际会展中心召开。昊量光电展位号：3号馆3E16                           4号馆 4C196+4C197届时，我们将携带精密光学仪器在CIOE中国光博会展出，现诚挚邀请各位莅临展位交流指导！展品抢先看更多详情请联系昊量光电/欢迎直接联系昊量光电关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。您可以通过我们昊量光电的官方网站www.auniontech.com了解更多的产品信息，或直接来电咨询4006-888-532。

Alpao新推出高性价比的57单元变形镜DM57-15法国Bertin ALPAO（原ALPAO）公司是专业的变形镜生产厂家，主要生产高灵敏度的波前传感器和高速可变形镜。这些产品主要用于天文学、视觉科学、显微镜、无线光通信、激光应用和微电子学等领域。近期推出新产品DM57-15，性价比高，具有57个驱动单元，通光口径9nm，闭环校正平整度小于7nm（RMS）。另外常规热门型号DM69-15和DM97-15有限时折扣（即日起—12月之前下单享有折扣），数量有限，先到先得。Alpao是一家从法国的格勒诺布尔约瑟夫•傅里叶大学分离出来的公司（现已被Bertin Technologies收购），其主要致力于开发使用电磁驱动器的高速、高线性度和大波前调制量连续反射面变形镜，其产品广泛用于天文、自由空间激光通信、眼科、多光子荧光显微镜和下一代高端半导体设备等应用，与欧洲南方天文台（ES0）、霍华德·休斯医学研究所（HHMI, Betzig）与罗切斯特大学在天文、多光子荧光显微镜及眼科应用上面取得了异常丰硕的研究成果。从2010年开始，上海昊量光电设备有限公司与Alpao建立了紧密的合作关系，旨在为国内的研究机构提供前沿的自适应光学技术。 Alpao高速变形镜采用电磁驱动器来使硅薄膜连续反射面发生形变，拥有大波前调制量、高线性度和可以进行实时波前调制等特点，适合天文、自由空间激光通信、眼科、多光子荧光显微镜和微电子（下一代半导体设备）等应用。同时，Alpao拥有的自适应光学系统控制算法，结合基于emccd技术的高灵敏度、高速波前传感器可以实现实时的大气湍流校正 其核心技术如下图所示：驱动器工作原理如下图所示：其中红色表示薄膜、黄色表示线圈、灰色表示磁铁、蓝色表示弹簧（聚合物制成），通过给线圈加电流促使磁铁上下运动而使薄膜产生形变。法国ALPAO公司新推出高性价比产品DM57-15，产品参数如下表主要特点：1.优越的校正面型                 2.高线性度3.低磁滞                              4.兼容真空5.大行程                              6.多驱动7.低功耗                              8.高动态范围等等另外我司为了回馈新老客户，近期热门常规型号DM69-15和DM97-15限时促销打折（即日起—12月之前下单享有折扣）。欢迎前来咨询。了解更多ALPAO变形镜详情，请访问上海昊量光电的官方网页：https://www.auniontech.com/three-level-42.html上海昊量光电作为ALPAO主要代理商，为您提供专业的选型以及技术服务。对于ALPAO产品或者自适应光学相关产品有兴趣或者任何问题，都欢迎通过电话、电子邮件或者微信与我们联系。 欢迎继续关注上海昊量光电的各大媒体平台，我们将不定期推出各种产品介绍与技术新闻。更多详情请联系昊量光电/欢迎直接联系昊量光电关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。

基于time-bin量子比特的高速率多路纠缠源——ppln晶体应用随着量子计算的不断发展，对于现代公钥加密的威胁也逐渐明显起来。而量子密钥分发（QKD）是克服这一威胁的方法之一，通过允许在多方之间安全地共享加密密钥，以抵御潜在的窃听者和量子计算器的解密能力。纠缠光子是此类应用的基本资源，因此纠缠分发是新兴量子网络计划的关键组成部分。来自加州理工学院的Andrew Mueller及其团队，在《Optica》期刊上发表了一篇题为"High-rate multiplexed entanglement source based on time-bin qubits for advanced quantum networks"的研究文章，介绍了他们开发的基于time-bin量子比特（qubits）的高速率多路复用纠缠源，而这一成果为构建前沿的量子网络提供了重要的基础技术。Time-bin纠缠光子简介以光子的不同时间模式编码的量子信息称为time-bin量子比特。在这类量子比特中，光子被编码到较早或者较晚到达的时间里，也就是说time-bin量子比特是光子到达时刻的相干叠加，描述一个光子处于两个时间单位的概率幅。相对于基于偏振的系统相比，time-bin纠缠光子源具有相当的优势。在时间模式中，相对的相位是稳定的，因此在远距离的传输中不会发生严重的退相干。自由空间中用于传输的偏振态对于光纤中的双折射和散射十分敏感，而Time-bin这种量子比特编码形式凭借其在光纤中对抗退相干的鲁棒性，zui适合于长距离传输。非等臂干涉仪是产生 Time-bin 量子比特的一种常用方法。Time-bin编码的概念，利用单光子。光路用红线标出。光学元件:BS -分束器，M -反射镜，φ -长程总相位变化。取自Misiaszek-Schreyner, Marta. "Applications of single-photon technology." arxiv preprint arxiv:2205.10221 (2022). 实验内容在本文中，通过将4.09-GHz的锁模激光器的光通过80ps的延迟干涉仪（12.5-GHz自由光谱范围）导入到非线性晶体中，以实现高速纠缠源。低抖动差分超导纳米线单光子探测器（SNSPDs）可以使time-bin量子比特解析为80ps宽的bin。而波长复用被用来实现多个高可见度的通道配对，这些配对共同加起来形成了一个高符合率。在低平均光子数（μL=5.6×10-5±9.0×10-6）时8通道系统可见度可达到平均99.3%，而在较高功率时（μH=5.0×10-3±3.0×10-4），演示时总符合率为3.55MHz，平均可见度为96.6%。装置具体分为纠缠光子源以及光谱复用以及探测部分。纠缠光子源下图展现了该实验装置。来自锁模激光器的脉冲光，中心波长为1539.47nm，通过一个80ps延迟线干涉仪。源干涉仪每个时钟周期产生两个脉冲，用于编码early/late的基础状态（|e⟩, |l⟩），随后由一个二次谐波生成（SHG）模块上转换，并通过一个type-0的自发参量下转换（SPDC）模块（Covesion），由下转换产生纠缠光子对。SPDC模块是一个进入的25px氧化镁掺杂铌酸锂（MgO:PPLN）波导，具有18.3μm周期。上转换的脉冲在769nm处具有243 GHz（0.48nm）的全宽半高带宽。锁模激光器（Pritel UOC）的脉冲通过80ps延迟线干涉仪分成两束，然后在二次谐波生成+掺铒光纤放大器（SHG + EDFA）模块中进行上转换和放大。来自SHG模块的短PM光纤连接到一个非线性晶体（Mgo:PPLN），通过自发参量下转换（SPDC）生成光子对。粗波分复用（CWDM）模块将光子对的光谱分离成8个13nm宽的波段，分别围绕1530和1550nm，对应于信号和闲置光子。信号和闲置光子分别被引导到Bob和Alice站点。光谱复用和探测产生的光子对通过一个粗波分复用器（CWDM）分离，该复用器的作用是将SPDC光谱分成宽带宽的两半。对于在Alice和Bob使用超过16个密集波分复用器（DWDM）通道的系统，CWDM将替换成一个分束器，该分束器有效地将1540nm以下的完整SPDC光谱发送给Bob，将1540nm以上的光谱发送给Alice。PPLN产生的纠缠闲置和信号光子分别被发送到标记为Alice和Bob的接收站。每个接收站的一个读出干涉仪将所有光谱带投影到一个复合的时间-相位基础上。在这里，DWDM将能量-时间纠缠的光子对分成光谱通道。使用100GHz间隔的密集波分复用器（DWDM）模块将每个频率通道引导到不同的光纤中。实验中采用两个超导纳米线单光子探测器（SNSPDs）进行光子到达时间的测量，并分辨通过多路复用技术产生的多个高可见度通道对。PPLN的作用高速率纠缠分布实现了基于高速率纠缠的QKD，以及具有前沿量子网络特征的更一般的操作，而这些在许多指标上都有令人印象深刻的表现。目前许多研究都强调需要利用高总量度、光谱亮度、收集效率和产生纠缠光子对的高可见性，而通过非线性晶体可以满足实际高速率纠缠分布的需求。在量子通信和光子学领域内，非线性光学晶体起到了至关重要的作用。在这项研究中，量子通信依赖于量子纠缠态的生成和分发，而使用Covesion的PPLN晶体（周期极化铌酸锂晶体），通过非线性光学效应——自发参量下转换（SPDC）产生纠缠光子对，而这些光子对是实现QKD和量子网络的基础。Covesion的PPLN晶体凭借其高非线性系数和精确地极化周期，实现了高效率的光子对产生，这将提高量子通信系统的整体速率。本文中采用WGP-1550-10光纤耦合加固型封装波导应用于SPDC，在具有出色转化效率的同时兼具易用与可靠，并可配套提供温度控制器，保证晶体在稳定的温度下工作，满足相位匹配条件以获得稳定的纠缠光子对产生。如果您对于封装波导有更多其他的需求，Covesion也提供定制服务，包括周期以及晶体长度等等参数。关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。

反射式-超窄带宽滤光片（FWHM可低至20pm）--超窄带宽、空间光目前市场上的窄带滤光片一般都是10nm，比较窄的也仅能做到0.5-1nm左右。 反射式-超窄带宽滤光片是上海昊量光电可提供的一款超窄带宽滤光片产品（FWHM可低至20pm）。它是基于体布拉格光栅（VBG）原理制作的滤光片产品，不仅可以提供超窄的带宽，还可以实现较高的衍射效率（up to 95%）且偏振不相关，物理性能稳定，是实现空间光窄带宽滤波应用的理想选择，且已应用在量子光学、太赫兹光谱、超快光谱、窄线宽激光器等领域。体布拉格光栅（VBG）技术开发于佛罗里达大学-光学与激光研究教育中心（CREOL）。该技术通过运用紫外线进行辐射无机光敏玻璃（PTR）进行热加工，通过对光敏玻璃内部的多种特殊掺杂元素成分作用永久性的改变光敏玻璃内部的折射率，通过这种全息曝光方法，实现了具有相位调制功能的衍射体布拉格光栅（VBG）。体布拉格光栅（VBG）根据具体应用的差异，可分为以下几个主要产品：体布拉格光栅反射镜（RBG） ---波长锁定、线宽压窄；啁啾体布拉格光栅（CVBG）  ---fs/ps的脉冲展宽和压缩；超窄带滤光片（BPF）        ---超窄线宽滤波；陷波滤光片（BNF）          ---超低波数拉曼测量及汤姆逊散射；透射式布拉格光栅（TBG）    ---角度放大；反射式-超窄带宽滤光片，欢迎客户前来咨询了解。  产品主要特点：1. 超窄带宽（FWHM可低至20pm）；2. 高衍射效率（up to 95%）；3. 偏振不相关；4. 物理性能稳定，不易潮解；5. 参数可定制（波长、带宽、尺寸、镀膜等）； VBG主要参数：n 波长范围：350-3000nm； n 衍射效率：10%-99%；n 半高全款（FWHM）：20pm -2nm;n 高损伤阈值镀膜（可选） 比如波长：405nm,530nm,630nm,780nm,795nm,800nm,810nm,813nm,863nm,895nm,1030nm,1064nm,1341nm,1522nm，2200nm等； 示例展示：欢迎继续关注上海昊量光电的各大媒体平台，我们将不定期推出各种产品介绍与技术新闻。关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。

使用800nm OCT光谱仪实现超深OCT成像传统上，OCT成像需要使用更长的波长来探测单次扫描中超过几毫米的深度，但波长超过1100nm之后，就需要使用InGaAs探测器相机作为探测元件了，这是的整个OCT光谱仪的成本大幅增加。为此，美国Wasatch公司开发了一种拥有专li的独特光谱仪设计，使其能够使用800 nm OCT光谱仪实现高达12毫米的成像深度，为长距离成像在眼科、医学和无损检测中的经济高效应用开辟了新可能。在眼科中，长距离成像有利于对整个前房（从角膜到晶状体）的检查，因为它允许在更短的时间内获得更完整的眼睛图像。如果配置得当，它甚至可以用于对整个眼睛进行成像。它还促进了视网膜的广域成像，视网膜的曲率需要更大的成像深度，尤其是在患者不太可能保持静止的临床环境中。 在医学中，长距离OCT在血管内和胃肠道应用中的腔内成像方面可以带来巨大好处。在这种情况下，感兴趣的结构可能距离成像导管超过几毫米，因此超出了典型的OCT成像窗口。较长的成像深度可以补偿成像探头与感兴趣区域之间距离的变化，从而促进更好的成像效果。 总体来讲，成像更深的能力有助于广域成像，因为可以在单次扫描中捕捉到曲面轮廓和结构的全貌。这对于材料加工应用中的无损检测也非常有用，因为某个待检测的槽或孔可能很深，此外还可以用于在增材制造中对复杂表面进行轮廓分析。 波长与成本的平衡难题但目前主流方式有两种：扫频源光学相干断层扫描（SS-OCT：Swept Source Optical coherence Tomography）和光谱域光学相干断层扫描（SD-OCT：Spectral Domain optical coherence tomography）。这两种方法都使用多波长激光照射样品，然后测量返回的不同波长的散射光，通过对光谱进行傅里叶变换来检测不同深度的结构。不同的是SS-OCT使用扫频激光器对波长进行逐一扫描，并使用单点光电探测器捕捉信号，而SD-OCT则使用宽带光源加高分辨OCT光谱仪的组合来实现测量。 在SD-OCT系统中，宽带激光（一般为SLD，SLED或超连续谱光源）被分成两条路径：一路通向参考臂，另一路通向待测样品。来自这两条路径的光重新组合并干涉，产生的条纹图案由光谱仪读取，光谱仪将每个波长的光纤转化成数字信号输出。 当需要大于5毫米的成像深度时，会选择更长的中心波长,1300 nm就是这个穿透深度的OCT的首xuan波长。美国Wasatch公司的Cobra 1300光谱仪系列提供1.4-11.5毫米的成像深度（在空气中），具体取决于带宽。然而，随着带宽的增加，成像深度减小。因此，当需要更深的成像时，使用带宽较窄的系统。尽管1300 nm OCT为许多结构的大深度成像提供了足够的深度，但使用这种波长需要用到InGaAs相机，InGaAs相机相对于于800 nm SD-OCT的ccd或cmos相机要昂贵得多。通过使用较短的中心波长（CWL），光谱仪成本可以降低约40%，但必须也要减少带宽（BW）以保持相同的空间分辨率。 但要想使用800 nm中心波长的宽带光源进行长距离成像系统，则工作光谱带宽需降至30 nm以下，才可以在12毫米的成像深度中保持等效的空间分辨率。这就对光谱仪的分辨率提出了极高的要求：光谱分辨率需低于0.02 nm！ 使用Wasatch Cobra-S 800 OCT光谱仪进行长距离成像为了将长距离成像的优势应用于800 nm SD-OCT，美国Wasatch公司运用了在光谱仪设计方面的专业知识，开发了一款具有超精细光谱分辨率的OCT光谱仪。这种拥有专li的光学设计的光谱仪就是Cobra-S 800光谱仪系列中的zui新型号CS800-841/28。它能够在841 nm的中心波长上以28 nm的带宽实现0.015 nm的分辨率。这使得使用这款OCT光谱仪的系统的成像深度可以扩展到12毫米，将传统800nm SD-OCT的范围足足扩大了三倍。 美国Wasatch公司Cobra-S 800长距离成像型号OCT光谱仪通过优xiu的光学设计做到了接近衍射极限的光学分辨率，并通过低串扰探测器将滚降（roll-off）降到非常低的水平。10毫米成像深度下的滚降小于12 dB，即使在扩展深度下也能确保高清晰度图像。空间分辨率与Wasatch Cobra 1300系列中的可比型号相似，甚至略好。 由于Cobra-S 800长距离成像型号的中心波长较短，组织中的散射会更高，尽管水中的吸收会更低。这可能会略微改变结构的对比度，在某些情况下可能会改善区分，例如某些内视网膜结构如神经节细胞。 总结：通过在更具成本效益的操作波长下提供可比的图像分辨率，800 nm的长距离成像有可能为长距离成像在眼科、医学和工业中的实际应用开辟新的机会。关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。

搭建光学相干断层扫描（OCT）系统您需要知道光学相干断层扫描（OCT）系统的搭建需要光学和机械、信号和图像处理等背景知识、一定的编程能力、以及大量的时间投入。使用现成的OCT光谱仪作为起始组件可以大大加快和简化这一过程，并提高收集到的图像的质量， 在这篇技术说明中，我们将向您介绍搭建光学相干断层扫描系统的一些关键原理和光路，并分享我们技术专家的一些建议，希望对您的DIY OCT系统能起到一些有益的帮助。 一、光学相干断层扫描（OCT）简介光学相干断层扫描（Optical coherence Tomography, OCT）是一种非破坏性的3D成像技术，已广泛应用于眼科、心脏病学、动物实验和研究等医疗应用，以及工件探伤，熔池监测等领域。光学相干断层扫描是超声波的光学版本，它使用红外激光探测样品，记录光频率的干涉图，并使用光谱仪进行分析以生成横截面图像。尽管超声波检查被认为是次表面成像的标准，但其速度和分辨率有限，并且需要使用耦合介质。共聚焦成像虽然能提供亚微米级分辨率，但非常昂贵且仅限于小于1毫米的深度。OCT提供了高分辨率和高速的中等成像深度。它保留了超声波将探头带到样品的灵活性，但无接触且适用于小型或精细样品。与共聚焦成像不同，OCT可由非专业人士使用，并且可以很好地与其他系统集成进行引导成像。 OCT结合低相干干涉测量技术和对样品的扫描生成一系列横截面图像或3D体积图像。低相干干涉测量有几种实现方式，但目前主流方式有两种：扫频源光学相干断层扫描（SS-OCT：Swept Source optical coherence tomography）和光谱域光学相干断层扫描（SD-OCT：Spectral Domain Optical Coherence Tomography）。这两种方法都使用多波长激光照射样品，然后测量返回的不同波长的散射光，通过对光谱进行傅里叶变换来检测不同深度的结构。上图描述了OCT整个工作流程：a) 测量从样品返回的多波长光，b) 光谱的傅里叶变换产生反射与深度的关系（A-扫描）c) 沿x方向扫描光束生成横截面图像（B-扫描）d) 收集一系列B-扫描生成3D体积或表面图像。 扫频源OCT（SS-OCT）中，会使用一台扫频激光器对波长进行逐一扫描，并使用单点光电探测器捕捉信号。而在光谱域OCT（SD-OCT）中，则使用宽带激光源（SLD，SLED，超连续谱光源）结合具有线阵相机的光谱仪进行信号采集。 相比而言：SS-OCT提供高速和低衰减，但由于扫频源激光器的高成本而价格昂贵。SD-OCT以较低的成本提供更好的分辨率，但在速度和衰减性能上无法竞争。直到2017年,Wasatch公司首批将一种新型相机整合到其Cobra-S OCT光谱仪产品线中，才很大的改善了SD-OCT的速度问题。OCT 概念示意图，展示了如何使用低相干干涉测量技术来确定三维材料内部的结构。使用Wasatch的Cobra-S OCT 光谱仪的SS-OCT、传统 SD-OCT 和高速 OCT 的关键参数对比 二、光学相干断层扫描系统的结构在SD-OCT系统中，宽带激光光被分成两条路径：一路通向参考臂，另一路通向待测样品。来自这两条路径的光重新组合并干涉，产生的条纹图案由光谱仪读取，光谱仪将每个波长的光纤转化成数字信号输出。 光源可以使用超连续谱激光器或成本较低的超发光二极管（SLD，SLED）。为了生成横截面的OCT图像，激光束必须通过高速度扫描机制（如振镜或基于MEMS的设备）快速扫描样品。 系统软件与光谱仪和扫描臂进行通信，以同步数据采集和光束扫描，并通过快速傅里叶变换将采集的频域数据转换为时域数据来处理光谱。 三、什么是好的OCT光谱仪？用于光学相干断层扫描系统的OCT光谱仪对收集图像的质量有巨大影响。具体来讲OCT光谱仪会影响整个OCT系统的成像深度、分辨率、图像采集速度和图像对比度。低“衰减”（roll-off，即随着深度的增加，信号敏感度开始衰减）是任何OCT光谱仪的关键性能参数，这个参数由光谱仪性能直接决定。 以下是评价一台OCT光谱仪性能的一些关键方面： 1.整个谱段的效率：OCT中的反射光强度非常低，因此高灵敏度的光谱仪将显著改善图像质量。由于OCT的结果依赖于对光谱的傅里叶变换过程，所以光谱中的每个波长都很重要。光谱仪响应波长越均匀，图像质量越好。使用高效、宽带光栅在光谱仪中非常重要，Wasatch Photonics是世jie上知名的透射式体相全息光栅的制造商，可以为OCT光谱仪需求提供量身定制的光栅，从而极大的提升了其OCT光谱仪的性能。2.对偏振不敏感：由于OCT是一种干涉技术，通常使用光纤进行传输，这使得系统对偏振变化高度敏感。虽然光谱仪中的大多数组件对偏振不敏感，但一些光栅对偏振高度敏感，因此不适合OCT成像。VPH透射型体相全息光栅的偏振灵敏度非常低，这就是为什么Wasatch Photonics是全qiu领xian的OCT光栅供应商。 3.衍射极限光学设计：市场上能买到的光学元件往往无法提供高清晰度的OCT图像，因为获得良好衰减的光学限制非常严格。好的OCT性能要求在整个谱段上，聚焦在每个相机像素上的光斑必须很小，以避免信号扩散到相邻像素。Wasatch Photonics，的OCT光谱仪定制设计的镜头组，提供所有波长下OCT的优化光谱仪性能，远远优于使用现成的镜头。4，高速高保真相机：尽管you秀光学设计可以显著减少OCT光谱仪中的衰减，但相机像素间的串扰可能限制可实现的性能。在Wasatch Photonics，我们使用高灵敏度、低串扰的相机，例如用于我们的Cobra-S光谱仪所使用的相机可提供高达250 kHz的扫描速率，可满足大多数商业SS-OCT的速度要求。 5，相机接口选项：Cobra系列OCT光谱仪中相机的数据传输可以通过 camera link 或USB完成，具体取决于相关相机型号。camera link可提供更快的扫描速度和更稳定的平台，但需要购买相应的板卡和一台电脑。USB 3.0通信则允许使用笔记本电脑进行扫描，但仅限于130 kHz；还需要相机相关的软件开发。我们提供这两种选项，给您所需的灵活性。 6，简化相机通信的SDK：用于OCT光谱仪的相机有许多其他用途，并且附带了大量复杂的控制和数据采集命令手册，筛选这些命令可能非常耗时。因此，Cobra系列OCT光谱仪附带软件开发工具包——一组精简的OCT特定命令和示例GUI，允许您在从任何OCT光谱仪中获取图像后的30分钟内开始，节省了数天到数周的软件开发时间，并保证结果。 四、Wasatch OCT光谱仪：Wasatch Photonics提供从可见光到1600 nm波长范围的无与伦比的OCT光谱仪系列，速度高达250 kHz，让您找到zui适合的选择。选择您所需深度和分辨率的中心波长和带宽，然后选择适合您应用的相机、速度和连接。 关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。

OCT在无损检测中的应用举例光学断层扫描成像（OCT）利用红外光提供表面轮廓和次表面结构及均匀性的信息，提供比超声波检测更高的分辨率和更快的图像速度。该新型无损检测（NDT）技术无需接触或耦合介质，能够实时提供精确的信息，用于现场过程反馈和成品的高通量质量控制。 光学断层扫描成像（OCT）在无损检测中的主要优势为：高分辨率：2.6-10.0 µm视频速率采集：每秒30张图像成像深度：高达5.8 mm非接触和非侵入性无需耦合介质3D成像和尺寸分析 光学断层扫描成像（OCT）可检测的典型 材料所有介电材料涂料、玻璃、薄膜、涂层聚合物、硅胶、橡胶塑料（较浅深度，约2 mm）金属（仅表面特征）OCT在无损检测中的应用 OCT在无损检测中的主要应用包括： 1.激光焊接及增材制造OCT是评估工具、模具和zui终部件形状和尺寸的优xiu工具，如图所示，适用于基于聚合物的3D打印。它还可以在激光加工期间提供实时过程反馈，用于控制烧蚀深度，以及在增材制造中的缺陷检测和尺寸分析。 高分辨率激光微加工和焊接系统所需的精确度和速度要求同样精确的无损原位监测工具进行反馈。Wasatch公司的OCT引擎能够以快速、非接触的表面扫描提供评估烧蚀率、焦点位置和深度所需的速度和详细信息，用于自适应过程控制。它们还集成到评估工具、模具和zui终零件形状和尺寸的系统中，并用于增材制造中的缺陷检测和尺寸分析。 2.航空与汽车OCT可用于评估航空和汽车等行业关键涂层和油漆的应用。高分辨率层成像可以分析厚度均匀性和影响质量及安全的缺陷。OCT提供高分辨率图像以评估精细结构材料的缺陷和均匀性，如图所示，通过划痕区域的涂层厚度横截面。 Wasatch公司的OCT光谱仪成功集成于我们客户OCT系统之中，用于检查涂层和油漆的多层结构，评估平整度、均匀性和次表面缺陷，精度可达微米级。 3.显示和面板的OCT无损检测OCT的优良轴向分辨率非常适合多层结构的NDT成像，应用于显示面板。获取的3D信息可用于评估平整度均匀性并识别影响显示质量的次表面缺陷。可以清晰成像小于10 µm的亚层。 4.医用设备的OCT无损检测由于能够生成非常小、薄和精细结构（如隐形眼镜）的非接触图像，医疗行业迅速采用了OCT。OCT还可以提供有关关键膜和密封件生产中的孔隙、缺陷和间隙的信息。5.血管造影和皮肤病学OCT血管造影（OCT-A）允许在不使用外部对比剂的情况下，可视化微观血流，创建微血管的3D轮廓。可见光OCT更进一步，通过测量血氧饱和度（我们的Cobra VIS是唯yi现成的型号）。在皮肤病学中，我们支持研究人员非侵入性地诊断和监测各种组织癌症，以及评估肿瘤边缘。迈阿密大学的一组研究人员甚至捕获了详细的伤口图像，能够客观评估一种新的干细胞疗法，效果堪比显微镜。 6.矫正镜片关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。

OCT：从原理到关键参数一、什么是OCT？光学相干断层扫描（OCT）是一种三维成像技术，可以在散射介质中进行高分辨率成像，无需接触样品或使用任何耦合介质。OCT的横向成像分辨率可达到几微米，成像深度可达几毫米。OCT能够提供样品表面轮廓和次表面结构（即表面以下的结构）及样品均匀性的信息，从而实时提供准确的信息用于诊断、监测和现场过程反馈。因此，OCT已经在眼科、皮肤科、血管造影等生物成像领域得到了应用，并且在材料检测和无损检测中作为超声波的强大替代技术。 二、OCT的工作原理OCT依赖于样品不同区域的背向散射光来生成3D图像。它使用不同的定位技术来获取轴向（沿光束方向或进入样品的z轴）和横向（垂直于光束的平面或样品的x-y轴）信息。轴向信息是通过估计从样品中的结构或层反射的光的时间延迟来获得的。这种技术类似于生成超声波图像的技术，但使用的是光而不是声音。由于光速极快，直接测量反向散射光的时间延迟并不容易。因此，OCT系统使用低相干干涉技术间接测量时间延迟。1.移动参考臂实现OCT测量在低相干干涉仪中，使用具有宽光谱带宽的光源进行照明。光源发出的光被分束器分成两条路径，称为参考臂和样品臂。来自每条臂的光被反射并在检测器处结合。只有当参考臂和样品臂的光程几乎相等时，检测器上才会出现干涉效应。因此，干涉现象的出现可以被用来进行光程的相对测量。光学相干断层扫描就是将样品臂中的镜子替换为待成像的样品。然后对参考臂进行扫描，并在检测器上记录得到的光强度。当镜子几乎与样品中的某个反射结构等距时，会出现一定的干涉图案，从而获得样品对应位置的结构信息。显然在参考镜移动的过程中，两次干涉发生对应的参考镜位置之间的距离对应于测量光路中样品两个反射结构之间的光学距离。当光束穿过样品时，不同的位置的独特结构会通过上述低相干干涉记录的反射量被记录下来，从而得到测量样品的散射信号和深度之间的函数关系。 把 OCT 中使用的宽带光源光束聚焦到一个小点（约几微米），并在样品上进行x-y扫描，同时使用干涉测量收集深度信息，这样可以构建样品的完整 3D 图像。 2.傅里叶域OCT傅里叶域OCT（FD-OCT）提供了一种更高效的方法来实现上述低相干干涉。傅里叶域OCT（FD-OCT）并不是像上边提到方法那样在参考镜的不同位置记录强度，而是将强度记录为光的波长（或频率=光速/波长）的函数。不同频率的光强度变化率反映样品中不同反射层的位置信息。可以证明，光谱干涉数据的傅里叶变换提供的信息相当于移动参考镜所获得的信息。 3.傅里叶域OCT测量光谱干涉的两种常用方法光谱域光学相干断层扫描（SD-OCT：Spectral Domain Optical coherence Tomography）：宽带光源向样品发出包含很多多波长成分的光谱管，并使用光谱仪同时测量所有波长。扫频源光学相干断层扫描（SS-OCT：Swept Source optical coherence tomography）：光源在一系列波长范围内进行扫频，检测器的时间输出被转换为光谱干涉。 傅里叶域OCT相对于干涉仪中样品臂镜的移动拥有更快的成像速度，因为样品的所有反射都被即时的同时测量出来的。傅里叶域OCT引入的速度提升为该技术开辟了全新的应用领域。通过商业化的设计，傅里叶域OCT可以轻松获得实时视频、面下OCT成像，使其广泛用于用于诸如过程监控和手术引导等对实时性要求比较高的领域之中。  三、OCT系统的关键参数1.分辨率OCT系统的轴向和横向分辨率是独立的。轴向（深度）分辨率与光源的带宽（相干长度）有关。对于高斯形光谱，轴向分辨率 (λc) 由以下公式给出：其中：λ是中心波长，Δλ 是光源的带宽。需要注意的是，这个光谱是指在探测器上测量到的光谱，可能与光源的发射光谱不同，这是由光学元件和探测器本身的响应造成的影响所致。需要注意的是，严格来讲上述公式仅适用于高斯形光谱，对于其他光谱形状仅可作为一个分辨率估算参考。对于任意已知形状的光谱，应估算轴向扩展函数以了解可实现的分辨率和可能的边带。下图中的轴向分辨率方程的图显示了三个不同中心波长的情况，展示了光源带宽对近红外常用工作带中的轴向分辨率的影响2.成像深度OCT（光学相干断层成像）的成像深度主要受光源在样品中的穿透深度限制。此外，在傅里叶域OCT中，深度还受到光谱仪有限像素数和光学分辨率的限制。如前所述，傅里叶域OCT中的图像是在傅里叶变换光谱干涉数据后获得的。傅里叶变换后的总长度或深度受光谱数据采样率的限制，并遵循奈奎斯特定理。具体来说，光谱数据采样率（或采样密度）指的是在给定的波长范围内，光谱仪所能分辨和记录的波长点的数量。更高的采样密度意味着在相同的波长范围内有更多的采样点，从而可以获得更高的分辨率和更大的成像深度。由N个像素采样的总带宽（Δλ）给出了波长采样率δλ = Δλ/N。由于傅里叶变换将频率与时间关联起来，我们可以将波长转换为频率，δν = cΔλ /λ²。奈奎斯特定理表明，傅里叶变换数据中的zui大时间延迟将是tmax = 1/2 δν，而数据中的zui大深度将是zmax = c* tmax。通过结合这些，傅里叶域OCT中可实现的zui大成像深度为：3.灵敏度随深度的变化关系在傅里叶域OCT中，理论上灵敏度取决于反射目标的位置。zui大灵敏度出现在样品光和参考光之间光程正好相等的点，即零延迟差点附近，并且随着我们远离零延迟点而减小。这种损失是由光谱仪的有限像素大小和有限光学分辨率导致的。可以证明，灵敏度与深度的关系如下：其中R(z)：随深度变化的灵敏度。z: 深度，通常指光在样品中传播的距离。ρ: 一个与光谱仪分辨率和光源带宽相关的常数，具体定义依赖于系统的设计。W=δλ/Δλ: 其中δλ是波长采样率（光谱仪的分辨率），Δλ是总带宽sin(ρz): 表示由于光谱仪有限像素引起的调制效应。sin(ρz)/(ρz): 表示由于有限像素引起的调制效应的归一化形exp[-z^2/(wρ)] : 指数衰减项，表示由于光谱仪有限光学分辨率引起的衰减效应。通过这个公式可以看出，OCT的灵敏度随着分子深度z^2的增加而减小，这种减小是由光谱仪的有限像素和光学分辨率共同决定的。 4.信噪比信噪比一般定义为信号功率与噪声功率的比率，噪声功率用其方差来定义。 OCT的主要噪声来源有：A，探测器噪声，主要来自电子元件的热波动。B，由于光子到达和探测器检测的内在方差产生的散粒噪声。C，光源的相对强度噪声 (RIN)。理想的OCT系统，应该是其探测器和强度噪声都被zui小化掉了，在散粒噪声域内工作，其性能仅受限于到达探测器的光子数量。5.OCT的灵敏度在光学相干断层扫描 (OCT) 中，灵敏度指系统检测样本反射zui微弱信号的能力。数值上，灵敏度是使信号达到信噪比 (SNR) 为1时的信号衰减程度，即信号强度等于系统固有噪声的点。6.分贝 (dB) 单位的测量信噪比或灵敏度常用分贝 (dB) 表示。物理量的dB单位对应10log(Pa/Pb)。光学测量中，光功率 (P) 与光电探测器输出电流 (I) 成正比，但电功率与I²成正比，因此考虑光功率时，OCT的SNR和灵敏度测量用20log(Pa/Pb)。7.速度OCT系统的速度取决于到达探测器的光量。速度与系统积累足够光子的时间直接相关。其他限制因素包括各部件自身参数的限制，例如：基于光谱仪的光谱域OCT系统速度受相机传感器和电子元件限制。对于扫频光源傅里叶域OCT，扫频激光源的速度常是限制因素。尽管SS-OCT常因速度被选择，近年来相机速度的进步开始缩小这一差距。关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。

时域热反射测量系统（TDTR）的典型光路介绍时域热反射技术（TDTR）是一种高精度、高时间分辨率的热物性测量技术，主要用于研究各种材料的热物性，包括单层膜、多层膜、液体材料的热导率、热容，以及固-固材料界面、固-液材料界面，微结构界面热导；及各种微结构热物性等，从而帮助科研人员更好地理解材料的热传输特性。本文主要对飞秒激光时域热反射测量系统（TDTR）的典型光路即组成进行了介绍。1，泵浦探测技术泵浦-探测技术(Pump-Probe Technique)是一种时间分辨光谱技术，广泛用于研究材料的电子、振动和光学性质。这项技术通过精确控制时间，可以捕捉材料在不同时间点的动态变化，因此在纳米材料的热传输和能量转移研究中尤为重要。基于泵浦-探测技术，发展出了一系列实验技术，如瞬态热反射(Transient Thermo-reflectance, TTR)、时域热反射(Time-Domain Thermo-reflectance, TDTR)、频域热反射(Frequency-Domain Thermo-reflectance, FDTR)和热透射显微镜(Photothermal Microscopy)。这些技术各有特点，适用于不同的研究场景。 2，时域热反射技术（TDTR）时域热反射技术（TDTR）是一种高精度、高时间分辨率的光热技术，用于测量材料的热物性参数，如热导率、热扩散率和界面热阻。时域热反射技术（TDTR）基本原理如下：①泵浦脉冲加热：首先，一个强激光脉冲（泵浦脉冲）照射到材料表面，瞬间加热样品。这种加热过程非常短暂，通常在皮秒（ps，10^-12秒）量级。通常情况下，样品表面会镀上一层薄金属膜作为传感器，当温度升高时，金属膜的反射率会发生线性变化。②探测脉冲测量：然后，一个弱激光脉冲（探测脉冲）在不同时间延迟下照射同一位置，测量探测脉冲的反射光强度，以获取材料反射率的变化。③数据分析：通过分析反射率变化曲线，结合热传导模型进行数据拟合，从而提取样品的热导率、热扩散率、热容、界面热阻（界面热导）等参数。3，时域热反射技术（TDTR）的典型光路图如下以昊远精测的Pioneer-ONE：飞秒激光时域热反射测量系统为例介绍TDTR系统的典型光路：图（1）双波长热反射泵浦探测系统结构示意图 Pioneer-ONE TDTR时域热反射系统的结构如图（1）所示，其核心部分是一台飞秒光纤激光器，该激光器提供系统的输入光源，波长为1064nm，脉冲宽度为100 fs，重复频率为80 MHz，发出的是线偏振光。为了防止背反射导致系统不稳定或激光器损坏，激光首先通过一个光隔离器(optical isolator)。接下来，激光通过一个由1/2波片(1/2 Waveplate)和偏振分束器(Polarizing beam splitter)组成的分光结构，分为两束：泵浦激光和探测激光。1/2 波片可以用来调节泵浦探测两路的分光比例。 泵浦激光路径：①泵浦激光经过一台美国Conoptics公司的电光调制器(Electro-Optic Modulator, EOM)，其强度被加载ωr频率的调制，ωr同时也作为锁相放大器的参考信号使用。②泵浦激光随后经过BBO晶体进行倍频，经过晶体之后，激光变成了包含1064nm（基频成分）+532nm（倍频成分）的双色光。③经过倍频晶体的激光经过冷光镜(Cold Mirror)滤波，基频光被基本滤除。Red filter进一步滤除泵浦激光中的基频光，减少其对探测信号的影响。 探测激光路径：①探测激光首先经过延迟平台(delay Stage)，控制光程，以调节泵浦脉冲和探测脉冲到达样品表面的时间间隔。延迟平台的步进精度决定了测量的时间分辨率（在其不小于脉宽的情况下），行程决定了可测量的总延迟量（在其不大于脉冲间隔的情况下）。②为减少光束发散的影响，在探测激光经过延迟平台前，使用扩束装置(beam expander)放大光束，减少发散角。 合束及检测：①处理后的泵浦激光和探测激光通过冷光镜(Cold Mirror)合束，并通过一个光学物镜共同聚焦在样品表面。②探测激光在样品表面反射后，通过偏振分束器和四分之一波片(1/4 Waveplate)进行分离。探测激光在延迟平台后为水平偏振方向，完全通过偏振分束器，到达样品前后经过四分之一波片，偏振方向由水平变为竖直，在返回至偏振分束器时被完全反射。③由于探测激光信号非常微弱，少量泵浦激光到达光电探测器会严重影响测量结果。因此，在光电探测器前放置蓝光滤光片(Blue Filter)，对波长为532nm的泵浦光进行再次滤波，有效去除其对探测光的干扰。④反射出来的探测激光经过焦距为300 mm的平凸透镜聚焦在另一个光电探测器的光敏面上，该探测器与锁相放大器相连，用于采集实验信号。⑤另外，通过铝膜反射镜将光线反射至ccd相机，可以观察样品表面的质量以及泵浦激光和探测激光光斑的重合程度。 如上就是Pioneer-ONE TDTR采用的双色激光泵浦探测方案，此方案能更好去除泵浦光对探测光信号的干扰，以实现更高的信噪比和抗干扰性。采集到的方案经过昊远精测专业热传导分析软件平台Thermo-Mind进行建模分析，就能够得到样品的相关热物性参数了。

热物性拟合中的敏感度分析一、热物性敏感度介绍热物性敏感度分析（Sensitivity Analysis）用于确定系统或模型对输入参数或待拟合参数变化的敏感程度。热物性敏感度分析主要作用包括识别关键因素、提高模型可靠性、不确定性评估、模型简化等。以时域热反射（TDTR）系统为例，影响敏感度的主要因素包括激光功率、激光光斑尺寸、调制频率以及样品的各项热物性参数。敏感度一般推荐是在样品制备之前进行，根据热物性敏感度分析的结果来设计样品和选择实验参数有利于拟合模型得出更加可靠的结果。除此之外，热物性敏感度分析还可以被用作模型简化：通过识别不重要的变量，热物性敏感度分析可以帮助简化模型，减少计算复杂度和成本，同时保持模型的准确性。二、热物性敏感度的公式及相关参数下面我们以时域热反射（Time-Domain Thermoreflectance, TDTR）系统的敏感度分析为例，来理解敏感度分析的具体情况，敏感度的定义为：其中 x 是模型参数，Y 为锁相放大器信号， Sx 为信号对该模型参数x的敏感度，之所以使用对数形式是因为根据对数函数求导规则这样就可以消除信号自身强度对敏感度的影响，使得各个参数的敏感度可以进行横向比较。在TDTR，FDTR，SDTR中，可以用来拟合的锁相放大器信号（Y信号）包括信号的幅值，相位、相位差、Vin、Vout、或整个复数信号Z。时域热反射技术（TDTR）中常用幅值信号、相位、有时也会使用复数信号随延迟量的变化曲线进行拟合。频域热反射技术（Frequency-Domain Thermoreflectance, FDTR）一般使用相位信号随频率的变化曲线进行拟合。传统的空间域热反射技术（Spatial-Domain Thermoreflectance, FDTR）使用相位信号随空间扫描位置坐标的变化曲线进行拟合，但这种方法存在相位差校准引入的误差。昊远精测公司WildFire-ONE 热导率测量仪改进了传统的空间域热反射技术（SDTR），采用扫描位置与双光斑重合位置的相位差随扫描位置坐标的变化曲线做为拟合信号，同时使用了振幅信号随位置坐标的变化曲线作为等效光斑尺寸的拟合信号。同时解决了相位矫正和光斑输入的误差，极大的提高了SDTR技术的准确性和可靠性。时域热反射技术（TDTR）中的参数包括，飞秒脉冲激光的重复频率、等效光斑直径、调制频率、各层厚度、各层各向热导率、各层热容、各层界面热阻（热导）等。其他系统的基本类似。三、热物性分析软件Thermo-Mind敏感度分析功能的用法昊远精测热物性分析系统平台软件Thermo-Mind提供方便快捷的敏感度分析功能，可以极大的助力实验进程高效的进行以及得到优质的实验数据。下面我们以TDTR系统为例介绍一下热物性分析软件Thermo-Mind的敏感度分析的一些使用场景：1，在制样之前，客户首先要大致规划样品的结构，并估算样品的参数的数值。在这个阶段，我们就推荐客户对各参数进行敏感度分析，并根据敏感度分析的结果对初步的样品结构以及部分参数（譬如样品各层厚度）进行优化调整。绝大多数热物性测量（包括TDTR、FDTR、SDTR、3OMEGA谐波法等）都是基于模型拟合的方式进行测量的。在拟合过程中，如果将有过多的参数设为待拟合参数，往往效果不佳甚至出现明显错误的结果。所以在规划实验阶段，首先就要先确定哪些参数为输入参数（已知参数），哪些为待拟合参数（未知参数）。此时推荐进行敏感度分析对样品结构设计进行优化，优化的原则是：输入参数敏感度越小越好，待拟合参数敏感度越大越好。输入参数敏感度小会降低实验结果对输入参数误差的依赖性，提高系统拟合结果的可靠性。待拟合参数敏感度越大则会增加待测参数拟合的精度。2，在样品制备完成之后，一般是通过更改调制频率来调控各参数的敏感度的。调制频率和热场的穿透深度直接相关，热穿透深度公式为：从上式可以看出，对于任意样品，都有调制频率越高穿透深度越浅，调制频率越低，穿透深度越深。不论是各光热反射方法还是3Omega谐波测温法都是通过样品表面温度的变化来计算相关模型输出信号的。不同穿透深度会更多的携带其穿透深度内的信息到达表面温度场。所以控制不同的穿透深度对测量结果有着至关重要的作用。Thermo-Mind软件敏感度分析功能可以针对不同的样品结构帮助客户锁定zui优的调制频率。3，在实际TDTR测量中，很多时候会存在这样的现象（以下以两个参数拟合的过程为例），即在某个频率下待测参数A的敏感度非常低，同时待测参数B的敏感度较高；在另外一个频率下，待测参数A的敏感度较高，同时待测参数B的敏感度非常低。如果经过敏感度分析发现样品的确存在这种现象，则可以选择先在第1个频率处把B参数固定在某个数值上，仅对A参数进行拟合。第二步再在第二个频率下，把第1步拟合出的参数A当成输入参数，对参数B进行拟合。此后再将第二步得到的参数B带入第1个频率下的数据进行拟合，如此迭代可以极大的提高测量的准确性和可靠性。值得一提的是，昊远精测zui新版的Thermo-Mind-TDTR软件增加了多频拟合功能，客户可以根据敏感度分析的结果对多个zui优频率进行整体拟合，从而方便快捷的得到可靠的测量结果。如您有任何关于热物性敏感度的问题，您可以和昊远精测的工程师及专家进行沟通探讨。此外昊远精测提供各种专业热物性测试服务，服务之前我们都会对您的样品进行详尽的敏感度分析，和您共同制定优化的测试方案，以期得到准确和可靠的结果。欢迎大家咨询联系。

光谱可调光源在消费电子传感器调试及测试的应用介绍背景介绍消费电子产品广泛的应用在日常生活的方方面面，包括手机、笔记本电脑、平板电脑、智能手表等等。消费电子中通常会包含各类传感器用于感知设备周围环境参数。包括环境光传感器，接近传感器，频闪传感器等。环境光传感器可以检测周围的光源强度，并根据检测结果自动调节屏幕亮度，它还可以调整相机曝光、白平衡参数，控制屏幕自动旋转和调整环境照明等。接近传感器用于检测设备与物体之间的距离，可以自动关闭屏幕和调节听筒音量等，如当用户将手机靠近耳朵时，接近传感器会检测到物体的距离，并自动调节屏幕亮度或自动关闭屏幕，以节省电池电量，并避免过亮的屏幕对眼睛的刺激或在通话时误触屏幕。闪烁传感器是一种可以检测光源闪烁频率的传感器，用于自动调整摄像头的曝光时间和白平衡，从而避免了拍摄出来的照片和视频出现闪烁或条纹等问题。提高低光条件下的拍摄效果，从而提供更加清晰和稳定的照片和视频。通常情况下，各类传感器在实验室环境下需要在各类光源和强度下进行调试和测试，确保其正常稳定的工作。但是，现有的对应的光源产品通常仅仅提供有限几种光谱、色温和强度，例如现有工业上常用的色彩视觉评价标准光源箱，通常包含标准的日光、CWF、TL84、A光源等几种固定光源，强度不可调，且无法增加新的光源；随着LED技术的不断发展，各种各样的光源光谱在市场上都非常常见，并且应用在人类生活的各个场景。 所以现有的光源产品难以满足现在研究和工业的需求。为了解决上述问题，昊量光电提供了一个zui终的解决方案-光谱可调LED光源，可以实现任意光谱曲线的复现，从而达到复现各类照明环境的模拟。核心技术和产品昊量光电的新一代多通道光谱可调LED光源采用多种覆盖可见光至红外的几十种高功率LED和完全自主研发的控制软件，可以实现对任意光谱功率分布的模拟，包括高品质的日光（显色指数CIE Ra 99， 同色异谱指数A）、黑体辐射轨迹（2000-20000K）和zui新的LED标准光源，照度强度可调节，无预热时间，稳定性强，寿命长，可自校准等优点。灵活的安装方式可以按照客户要求定制大空间光环境照明光源。LED通道光谱功率分布曲线新一代多通道光谱可调LED光源灵活安装方式消费电子传感器测试场景技术规格透射式多通道LED均匀校准光源透射式多通道LED均匀校准光源是一款专门为传感器和相机模组测试开发的。光源包含≥32个LED通道，覆盖380-1000nm，实现光谱级可调，保证平滑的光谱功率分布输出，并提供波长定制服务。每一LED通道有12位的亮度可调，并通过线性恒流驱动，保证完全无频闪。色温可调范围为2000-20000K，出光面照度可调范围为1-20000lux。you秀的光学设计保证出光面Φ100mm高均匀>96%输出。半导体散热保证LED模块的工作温度范围控制在±1℃以内，实现ji佳的输出稳定性。软件允许用户自定义光谱数据的创建、保存和调用，且支持外接测量设备实现光源的快速测量和校准，API函数可用于客户端软件自校准和集成。透射式多通道LED均匀校准光源产品特点：≥32个LED通道，覆盖380-1000nm，实现光谱级可调，平滑光谱功率分布输出宽色温输出范围，2000K-20000K单通道12位（4000级）亮度可调，线性恒流驱动，完全无频闪宽照度输出范围，1-20000Lux高出光面均匀性，>96%半导体散热保证光输出ji佳的稳定性，LED模块的工作温度范围控制在±1℃以内通过软件和外部测量设备实现自校准长寿命 (>20000h)可提供API函数进一步集成自动化 应用照明研究通常需要提供各种色温、光谱和强度模拟研究用的照明场景，并进行相关的实验，找到zui佳的特定场景下的照明参数，包括健康照明、医疗照明、中间视觉、光的非生物效应、物体显色性、白度评价、农业照明等不同光环境下测试笔记本电脑的传感器各种色温模拟宽照度输出计量和认证光源产品已经在计量院做过计量和检测这款光源应用的场景众多。想要了解更多应用可以联系我们工程师。主要涉及到：医疗照明研究，手机厂商光谱可调光源，汽车色彩视觉评价光源房，相机及传感器校准和测试，照明场景模拟等。更多详情请联系昊量光电/欢迎直接联系昊量光电关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。

基于SPAD单光子相机的LiDAR技术革新单光子光探测和测距（激光雷达）是在复杂环境中进行深度成像的关键技术。尽管zui近取得了进展，一个开放的挑战是能够隔离激光雷达信号从其他假源，包括背景光和干扰信号。本文介绍了一种基于量子纠缠光子对的LiDAR（光探测与测距）技术，该技术通过利用时空纠缠光子对及SAPD单光子相机的特性，显著提高了在复杂环境中的探测精度和抗干扰能力。该技术使用SPAD单光子相机作为探测端，并通过内置的时间相关单光子步进偏移计数技术来提高测量时间精度。光源使用了一个基于β-钡硼酸盐（BBO）晶体的非线性光学晶体来产生纠缠光子对。通过精确控制光子对的发射和接收，以及利用SPAD单光子相机高速、高灵敏的特性，zui终能够精确捕获从目标反射回来的光子。该系统使用两种技术来提高测量的准确性和抗干扰能力：1. 时间相关单光子步进偏移计数：通过记录每个单独光子的时间戳，能够以皮秒级的时间分辨率捕捉光子。这种高分辨率计时信息对于确定光子从目标反射回来的准确时间至关重要。使用SPAD单光子相机，这种相机具有单光子灵敏度和皮秒级的步进偏移时间分辨率。实验利用了时间门控技术，通过精细地移动时间窗口来捕捉光子，这有助于高精度地确定光子的飞行时间。具体到每个光子的时间戳记录，使用时间相关的单光子步进偏移计数技术，记录每个探测到的光子的到达时间，从而实现高精度的深度信息获取。   2. 时空反相关技术：通过利用纠缠光子对的时空反相关性，即使在干扰信号的存在下，也能区分目标光信号与其他光源。例如，实验中使用SPAD单光子相机设置特定的门控窗口，只有当纠缠光子对同时到达相机时，才会记录事件，从而有效过滤掉非目标光源的信号。在该量子LiDAR（光探测与测距）系统的实验测试中，研究团队展示出了其在处理同步和异步的干扰信号方面的显著性能。系统通过使用时间门控和空间反相关技术，成功地从其他光源干扰中分离出目标光信号。实验结果显示，该系统能够在复杂的干扰环境下准确地成像和测距，即使在有意的欺骗攻击和背景LiDAR系统的干扰下也能保持高精度和高信噪比。并且还通过更具体的测试场景如模拟多个LiDAR（光探测与测距）系统并行工作和环境光干扰，来验证量子LiDAR（光探测与测距）系统证明了其在实际应用中的可行性和优越性。实验和分析结果如下图所示：这些实验不仅验证了量子LiDAR（光探测与测距）在技术上的前瞻性，也为未来其它应用领域提供了重要的参考价值。量子LiDAR（光探测与测距）技术通过利用量子纠缠光子对的独特性质，显著提升了LiDAR（光探测与测距）系统在复杂环境中的性能。特别是在高干扰的环境中，如多LiDAR（光探测与测距）系统操作或强烈背景光的情况下提高对目标物甄别的能力。该实验中所应用的SPAD单光子相机为SwissSPAD2，其为瑞士Piimaging公司目前所产SPAD512²的前身，阵列像素为512×512，无读出暗噪声，帧率zui高为100000帧/S，步进偏移精度为17ps。未来，这种技术有望在自动驾驶、机器人技术以及军事和民用遥感领域中发挥重要作用。上海昊量光电设备有限公司是瑞士Piimaging公司中国区域的du家合作伙伴，负责全面的技术支持，售前售后等服务。本文章的参考的原文章如您感兴趣，请联系上海昊量光电进行下载。更多详情请联系昊量光电/欢迎直接联系昊量光电关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。

紫外波段SID4-UV HR-免费试用7天！-火热预定中，先到先得190-400nm紫外波段SID4 UV-HR免费试用!紫外波段SID4 UV-HR免费试用 Phasics波前传感器以其独有的横向四波剪切技术闻名，其推出的SID4系列波前传感器以高灵敏度、高分辨率、高重复性的特点更受市场青睐，昊量光电推出免费试用-紫外波段SID4-UV HR样机活动，为190nm-400nm紫外波段科研方向研发助助力，为中国工业提提速！PHASICS成立于2003年，提供zui先jin的光学计量和成像解决方案，从独立的SID4波前传感器到全自动测试台、Kaleo MTF、MultiWAVE，以及全模块化计量解决方案Kaleo Kit。PHASICS独特的、获得专li的波前传感技术被称为四波横向剪切干涉术（QWLSI）。相位四波横向剪切干涉仪，称为SID4波前传感器，QWLSI技术是为了克服Shack-Hartmann (SH)技术的分辨率不足而开发的。它采用了智能衍射光栅设计，而不是哈特曼测试中使用的孔和夏克在20世纪60年代提出的微透镜。图1 SID4波前传感器部分测试结果图★什么是波前传感器?波前传感器是一种设计用来测量光波前的装置。术语“波前传感器”;适用于不需要任何参考光束干扰的波前测量仪器。波前传感器的应用范围很广，如光学测试和对准(表面测量)、传输波前误差测量、调制。★QWLSI四波横向剪切干涉测量原理四波横向剪切干涉测量(QWLSI原理) 具有纳米级灵敏度和高分辨率的相位和强度。这项创新技术依靠衍射光栅将入射光束复制成4个相同的波。经过几毫米的传播，4个波纹重叠并干涉，在检测器上产生干涉图。★QWLSI四波横向剪切干涉技术优势四波横向剪切干涉测量技术(QWLSI)，也被称为改进哈特曼掩模技术，是一种获得专li的波前传感技术。它以其高空间分辨率，无需中继透镜即可测量发散光束的能力和消色差而脱颖而出。该技术于2004年由Phasics在市场上推出，现在因其性能和易于集成而获得国际认可。★SID4 UV HR紫外波前传感器特点 在190nm ~ 400nm的紫外波段，SID4 UV HR波前分析仪具备高分辨率(512x512测量点)和高灵敏度。使用范围包括并不局限适用于光学元件表征(光刻、半导体)和表面测量(透镜和晶圆)。★SID4 UV HR紫外波前传感器参数欢迎继续关注上海昊量光电的各大媒体平台，我们将不定期推出各种产品介绍与技术新闻。更多详情请联系昊量光电/欢迎直接联系昊量光电关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。

傅里叶光场显微成像技术—2D显微镜实现3D成像摘要：近年来，光场显微技术的应用越来越广泛，针对光场显微镜的改进和优化也不断出现。目前市场各大品牌的2D显微镜比比皆是，如何在其基础上实现三维成像一直是成像领域的热门话题，本次主要讨论3D成像数字成像相机的研究，即3D光场显微镜成像技术，随着国内外学者通过研究提出了各种光场显微镜的改进模型，将分辨率、放大倍数等重要参量进行了显著优化，大大扩展了光场显微技术的应用领域。同时，由于近年来微型化集成技术的发展，微型化光场显微技术也逐渐成为国内外学者研究的热点。 1. 傅里叶光场显微成像技术在国内外的发展2014年，Rober等人在核荧光显微镜的像平面上放置了一个微透镜阵列，构建了一个光场反卷积显微镜(LFDM)装置，如图1所示。为了克服LFM中轴向和横向空间分辨率之间的权衡，研究团队通过利用记录数据的混叠并使用适用于LFM的3D反卷积算法，有效地获得了改进的横向和轴向分辨率，蕞终在生物样品内部的横向和轴向维度上，分别实现了高达约1.4μm和2.6μm的有效分辨率。图12019年，我国的学者团队通过改变微透镜阵列与透镜和图像传感器之间的相对位置，使微透镜阵列远离了光学系统的本征像面，首次提出了高分辨率光场显微镜（HR-LFM）概念，有效避免了传统光场显微镜产生的重建伪影。同时由于微透镜阵列的移动，图像传感器不再记录原始像平面处的图像混叠，大大提高了成像分辨率，如图2所示。图2这一装置广泛应用于活体细胞成像，三维分辨率为300nm-700nm，成像深度为几微米，体积采集时间为毫秒级。该方法可以将线性调频作为一种特别有用的工具，在多个时空水平上理解生物系统。此后随着光场显微技术的快速发展，光场显微镜产生了更多类型的演变，如图1-7所示。研究人员通过在微型显微镜平台上引入光场显微镜（LFM），构建了微型化光场显微镜（MiniLFM），证明了单次扫描体积重建，如图3所示。这是通过将微透镜阵列（MLA）与光场反褶积算法相结合，将微透镜阵列（MLA）引入到现有的微型镜平台上。然而，这种设计在多个深度上存在横向分辨率不均匀的问题。图32. 微型化集成技术的发展光学显微镜是一种在很大程度上抵制集成的技术，它通常仍然是一种体积庞大、价格昂贵的桌面仪器。在神经科学中，显微技术在活体动物身上得到了广泛的应用，但是传统显微镜的局限性阻碍了脑成像实验的范围和规模。2011年，KunalKGhosh等人首次提出了光场荧光显微镜的微型化集成，如图4所示。这是一种微型集成荧光显微镜，由大量可生产部件制成，包括半导体光源和传感器。该设备能够在活跃的老鼠身上进行0.5mm3的高速细胞成像。与高分辨率光纤显微镜相比，这一设备在光学灵敏度、视野、分辨率、成本和便携性方面具有优势。图4传统的光场显微镜（LFM）同时捕获入射光的二维空间和二维角度信息，能够通过单个相机计算重建样本的完整三维体积信息，如图5所示。对于传统的线性调频，将微透镜阵列（MLA）放置在宽视场显微镜的本征像面（NIP）上，并且光学信号以混叠方式记录在MLA后焦平面的微透镜上，但线性调频的空间信息采样模式是不均匀的，导致了重建伪影的出现。除此之外，体积重建采用波光学模型的PSF反褶积。传统线性调频的PSF在横向和轴向尺寸上都是空间变化的，这增加了计算成本，使得重建相当慢，不利于快速观察动态或功能数据。图5傅里叶光场显微镜通过在透镜和微透镜阵列之间插入一个新的光学透镜，首次将光学变换从时域转入傅里叶域（FD），如图6所示。在傅里叶频域光学系统中，所有信号都可以看做不同正弦函数的叠加，因此这一光学透镜的引入可以将入射光波变成不同频率的单色平面波的线性组合，由于不同单色平面光具有不同的系数，即复振幅，因此后焦面上不同坐标的光强分布，对应入射光波分解成的不同频率单色光波的功率，即位置坐标和光的频率是一一对应的。来自中继像面处图像的光场被傅里叶透镜转换为傅里叶频域下的光场，并与物镜后瞳孔波前共轭，微透镜阵列通过对波前分段，在单个透镜后传输角度信息，从而使相机在不同区域输出图像。图6傅里叶光场系统通过在傅里叶域（FD）中记录4D光场，成像方案主要通过两种方式对LFM进行变换。首先，FD系统允许以一致的混叠方式分配入射光的空间和角度信息，有效地避免由于冗余而产生的任何伪影。第二，由于FD以并行方式处理信号，因此可以用统一的三维点扩展函数来描述图像形成，从而大大减少了计算成本。3. 光场传播和成像模型结合光场显微技术和傅里叶变换理论的有关知识，微型化傅里叶光场显微镜的设计是在光场显微镜的基础上引入一个新的光学透镜，这一透镜放置的位置应远离像平面NIP处，同时应放置在主透镜和微透镜阵列之前；根据微型化的实际需要，本次选用的物镜系统是折射率呈梯度变化的自聚焦透镜GRINlens。由此可以初步得出微型化傅里叶光学系统的主要光学结构如图7所示，这也是光场传播和成像的主要路径。图74. 光路设计傅里叶光场显微镜是在改进后的高分辨率光场显微镜的基础上，在透镜和微透镜阵列之间插入一个新的透镜，该透镜能将光场从时域转换成频域，起到傅里叶变换的作用。为了实现微型化，物镜系统采用GRINlens实现，具体的光路原理图如图8所示。图85. 机械系统整体结构设计本设计的光学外壳是基于傅里叶光场显微镜的微型化而产生的。随着微型化集成技术的不断发展，越来越多的学者团队开始研究将光场显微技术与微型化技术进行结合，也由此设计出了适用于不同光路的微型化结构模型。如图9所示，一学者团队利用GRINLENS作为物镜系统，设计完成了一般光学显微镜和光场显微镜的微型化结构。通过调整各元器件的相对位置，尽可能压缩整个微型化外壳的尺寸，在微型化的同时实现光路设计的预期功能。图9基于这一研究成果，根据所设计的微型化傅里叶光场显微镜，在原有光场显微镜微型化外壳的基础上，加入一个新的凹槽，用来安放新加入的傅里叶透镜。结合前文设计好的各元器件的尺寸参数和相对位置，结合光路预期实现的功能，蕞终设计并完成了微型化傅里叶系统的光学外壳结构，具体尺寸及结构如图10所示。图10图116. 总结15年来，人们一直提出实施光场显微镜（也称为全透视或整体显微镜）。光场显微镜能够记录厚样品的3D信息，而无需执行多次拍摄。通过捕获不同的视角并使用适当的算法，可以进行深度重建（关注不同的平面）并计算样品宽度和长度上可区分部分的深度图。随着该技术进一步的拓展，应用已逐渐走向大众并实现产品化，比如上海昊量光电代理的西班牙的DOIT 3D Micro相机如图11所示，DOIT®（数字光学成像技术）基于全能信息捕获的范式转变。它设计不是在图像平面附近捕获信息（传统技术可以这样做），而是在傅里叶平面中捕获信息。通过这种方式，可以直接获得正交透视，而无需任何数字处理。此外，还避免了使用小微透镜的要求，这避免了限制传统全透镜模式分辨率的波粒二象性，通过zui简单的方法让2D显微镜实现3D成像如图12所示。关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。

多自由度梯度磁场控制系统相关应用文献（2017-2022）昊量光电新引入瑞士苏黎世联邦理工学院机器人与智能系统研究所研发的多自由度梯度磁场控制系统MFG系列。这些MFG多自由度梯度磁场控制系统能够产生各种各样的静态或时变磁场，用于研究磁场依赖现象，它们也用于开发磁性微纳米机器人以及其他微操作程序的应用。多自由度梯度磁场控制系统MFG系列产生场和场梯度，为5个自由度提供力和扭矩，非接触式驱动，用于颗粒定向和定位，粘滑或滚动运动，以及鞭毛游动。应用包括工程和流体动力学研究，局部流变学测量，微观力学生物学刺激和表征。 以下2017到2022年之间描述、使用或引用这款MiniMag / nanomag / OCTomag系统的相关文章列表: 1. Hongri Gu, Emre Hanedan, Quentin Boehler, Tian-Yun Huang, Arnold J.T.M. Mathijssen and Bradley Nelson. Artificial Microtubules for Rapid and Collective Transport of Magnetic Microcargoes. Nat. Mach. Intell. 4, 678-684 (2022).摘要:微货物的定向运输对于生物体以及微机器人、纳米技术和生物医学的应用至关重要。现有的递送技术往往存在速度低、导航控制有限和心血管血流分散的问题。在细胞生物学中，这些问题在很大程度上由细胞骨架马达克服，这些马达沿着微管高速公路携带囊泡。受此启发，我们开发了一种人工微管(AMT)，这是一种结构的微纤维，嵌入微磁铁，引导颗粒快速通过流动网络。与现有技术相比，在相同的驱动频率下，微货物的移动速度要快一个数量级，并且通过强大的动态锚定效应减轻了分散。即使在强大的流体流动中，巨大的局部磁场梯度也可以实现锚定和引导推进。zui后，我们证明了AMT可以促进微粒自组装成活性物质团簇，然后通过集体桥接垫脚石来提高它们的行走速度。因此，我们展示了一种独特的策略，用于微血管网络内的稳健递送和微创干预，其非平衡效应可能与增强生物运输过程同样相关。 2. T. Gwisai, N. Mirkhani, M.G. Christiansen, T.T. Nguyen, V. Ling and S. Schuerle. Magnetic torque-driven living microrobots for increased tumor infiltration. Sci. Robot. 7, eabo0665 (2022).摘要：结合自推进和磁引导的细菌微型机器人越来越被认为是有前途的靶向癌症治疗药物递送载体。到目前为止，控制策略要么依赖于难以扩展的磁场梯度，要么使用受细菌马达限制的推进力的定向磁场。在这里，我们提出了一种基于旋转磁场的磁转矩驱动驱动方案，以无线控制磁螺旋藻AMB-1承载多功能脂质体货物。我们观察到通过血管内皮模型的共轭易位增加了4倍，并发现驱动这种增加的运输的主要机制是在细胞界面上的扭矩驱动的表面探索。使用球体作为三维肿瘤模型，荧光标记的细菌在暴露于旋转磁场的样品中以高达21倍的高信号定植其核心区域。除了增强传输外，我们还证明了这种磁刺激同时驱动和感应检测AMB-1的适用性。zui后，我们证明了RMF在小鼠全身静脉给药后显著增强体内AMB-1肿瘤积累。我们的研究结果表明，可扩展的磁转矩驱动控制策略可以很好地利用生物混合微型机器人。磁转矩驱动的运动增强了活体微型机器人在体外和体内跨越生理屏障的渗透。 3. H. Chen, Y. Li, Y. Wang, P. Ning, Y. Shen, X. Wei, Q. Feng, Y. Liu, Z. Li, C. Xu, S. Huang, C. Deng, P. Wang, and Y. Cheng. An Engineered Bacteria-Hybrid Microrobot with the Magnetothermal Bioswitch for Remotely Collective Perception and Imaging-Guided Cancer Treatment. ACS Nano 16, 6118−6133 (2022).摘要：由多种推进力驱动的微型机器人在生理环境中具有巨大的无创靶向递送潜力。然而，在低雷诺数生物环境下的远程集体感知和精确推进仍然是微型机器人在体内实现预期治疗效果的主要挑战。在这里，我们报道了一种生物混合微型机器人，它集成了磁、热、缺氧敏感性和内部荧光蛋白，作为靶向癌症治疗的热和定位信号的双重报告者。微机器人系统中有三个关键元素，包括负载磁性纳米粒子(MNP)的益生菌大肠杆菌Nissle1917 (EcN@MNP)，用于空间磁性和缺氧感知，设计到细菌中的热逻辑电路，用于控制mCherry的生物合成，作为温度和定位报告器，以及编码在EcN中的NDH-2酶，用于增强抗癌治疗。根据基于荧光蛋白的成像反馈，该微型机器人在磁场作用下对肿瘤区域表现出良好的热敏性和主动靶向能力。结合磁热消融和NDH-2诱导的活性氧(ROS)损伤，在体外和体内有效地触发了癌细胞的凋亡。我们的研究表明，生物混合EcN微型机器人是一个理想的平台，将物理、生物和化学特性整合在一起，用于集体感知和推进靶向癌症治疗。 4. Jiaen Wu, David Folio, Jiawei Zhu, Bumjin Jang, Xiangzhong Chen, Junxiao Feng, Pietro Gambardella, Jordi Sort, Josep Puigmarti-Luis, Olgac Ergeneman, Antoine Ferreira and Salvador Pané. Motion Analysis and Real-Time Trajectory Prediction of Magnetically Steerable Catalytic Janus Micromotors. Advanced Intelligent Systems 4: no. 11, pp. 2200192 (2022)摘要：化学驱动的微电机显示不可预测的轨迹，由于旋转布朗运动与周围的流体分子相互作用。这阻碍了这些微型机器人的实际应用，特别是在需要精确控制的地方。为了克服旋转布朗运动，增加运动的方向性，机器人通常用磁性成分装饰，并由外部磁场引导。然而，尽管方法简单，但对其运动的明确分析和建模仍然有限。在这里，催化Janus微电机制造与不同的磁化和磁性转向控制自推进运动显示。为了分析微电机的动态行为，从理论上建立了一种状态相关系数与鲁棒两级卡尔曼滤波器相结合的动态模型，该模型可以成功地实时预测微电机在均匀粘性流动中的运动轨迹。在大范围的模型参数变化范围内，理论预测的动力学和实验观测结果之间有很好的一致性。所建立的模型可以普遍适用于不同尺寸、几何形状和材料的各种催化微纳米发动机设计，甚至适用于不同的燃料溶液。zui后，该模型可作为生物传感、检测燃料浓度或确定未知环境下小型电机推进机制的平台。 5. Victor de la Asuncion-Nadal, Andrea Veciana, Shen Ning, Anastasia Terzopoulou, Semih Sevim, Xiang-Zhong Chen, De Gong, Jun Cai, Pedro Wendel-Garcia, Beatriz Jurado-Sanchez, Alberto Escarpa, Josep Puigmarti-Luis and Salvador Pané. MoSBOTs: Magnetically Driven Biotemplated MoS2-Based Microrobots for Biomedical Applications Small 18(33), pp. 2203821 (2022).摘要：二维层状二硫化钼(MoS2)纳米材料具有很高的生物相容性、机械和电气性能以及灵活的功能化特性，是生物医学应用的一个很有前景的平台。此外，MoS2的带隙可以被设计成吸收宽波长范围内的光，然后将其转化为局部热，用于光热组织消融和再生。然而，诸如水分散体稳定性差和在受影响组织中的低蓄积等限制阻碍了MoS2在生物医学应用中的充分实现。为了克服这些挑战，本文提出了以蓝藻螺旋藻为生物模板的多功能MoS2磁性螺旋微型机器人(MoSBOTs)，用于治疗和生物识别应用。细胞相容性微型机器人结合了近红外辐射下的远端磁导航和二硫化钼光热活性。由此产生的MoSBOTs的光吸收特性被用于靶向光热消融癌细胞和在微创肿瘤治疗应用中的动态生物识别。拟议的多治疗MoSBOT在无数癌症治疗和诊断相关应用中具有相当大的潜力，规避了当前消融手术的挑战。  6. Huaijuan Zhou, Carmen C. Mayorga-Martinez, Salvador Pané, Li Zhang, and Martin Pumera. Magnetically Driven Micro and Nanorobots. Chem. Rev. 121 (8), 4999–5041 (2021).摘要：在不同的流体环境中，微和纳米游泳者的操纵和导航可以通过化学物质、外场甚至运动细胞来实现。基于磁场驱动策略具有远程和时空控制、无燃料、高度可重构性、可编程性、可回收性和通用性等优点，许多研究者选择磁场作为主动外部驱动源。这篇综述介绍了磁性微/纳米机器人的基本概念和优点，以及磁场和磁性材料的基本知识，磁场操作的设置，磁场结构，以及有效运动的对称破坏策略。讨论了这些概念来描述微/纳米机器人与磁场之间的相互作用。本文介绍了鞭毛磁机器人的驱动机制(如螺旋状运动和行波运动/纤毛运动)和表面行走器(如表面辅助运动)，磁场在其他推进方法中的应用，以及微/纳米机器人在运动之外的磁刺激，以及(准)球形、螺旋形、柔性、线状和生物混合磁机器人的制造技术。MagRobots在靶向药物/基因递送、细胞操作、微创手术、活检、生物膜破坏/根除、成像引导递送/治疗/手术、环境修复污染去除和(生物)传感等方面的应用也进行了综述。zui后，讨论了磁动力小型化电机目前面临的挑战和未来的发展前景。 7. Pierre E. Dupont, Bradley J. Nelson, Michael Goldfarb, Blake Hannaford, Arianna Menciassi, Marcia K. OMalley, Nabil Simaan, Pietro Valdastri, and Guang-Zhong Yang. A decade retrospective of medical robotics research from 2010 to 2020. Sci. Robot. 6 (60), eabi8017 (2021).摘要：机器人是一门前瞻性的学科。人们的注意力集中在确定下一个重大挑战上。然而，在医疗机器人等应用领域，重要的是要在清楚了解研究界zui近取得的成就以及这项工作在临床需求和商业化方面的地位的基础上规划未来。这篇综述文章确定并分析了过去十年中医疗机器人的八个关键研究主题。这些主题领域是使用确定十年中被引用次数zui多的论文的搜索标准确定的。我们这篇评论文章的目标是为读者提供一种方便的方式来快速欣赏过去十年中医疗机器人领域一些zui令人兴奋的成就;因此，我们只关注每个专题领域的少数开创性论文。我们希望本文能够培养研究者的创业精神，以缩小研究与翻译之间日益扩大的差距。 8. L. O. Mair, G.s Adam, S. Chowdhury, A. Davis, D. R. Arifin, F. M. Vassoler, H. H. Engelhard, J. Li, X. Tang, I. N. Weinberg, B. A. Evans, J. W.M. Bulte and D. J. Cappelleri. Soft Capsule Magnetic Millirobots for Region-Specific Drug Delivery in the Central Nervous System. Front. Robot. AI 8:702566. doi: 10.3389/frobt.2021.702566 (2021).摘要：小型软机器人系统正在探索医学上的无数应用。具体来说，能够远程操作的磁驱动微型机器人在治疗药物和生物制剂的靶向递送方面具有巨大的潜力。以前在微型机器人上的许多努力都致力于在水环境和坚硬表面上的运动。然而，我们的人体是由致密的生物组织构成的，这就要求研究人员开发出能够在组织表面上移动的新型微型机器人。翻滚微型机器人是这些设备的一个子类，能够在旋转磁场引导下在表面上行走。利用微型机器人将有效载荷运送到敏感组织的特定区域是医疗微型机器人的主要目标。中枢神经系统(CNS)组织由于其精致的结构和高度区域特异性的功能是一个主要的候选者。在这里，我们展示了软体海藻酸盐胶囊的表面行走能力，能够在离体大鼠皮层和小鼠脊髓上移动，展示了多位置小分子递送到每种组织上多达六个不同的位置，具有高空间特异性。海藻酸盐凝胶的柔软性可以防止微机器人在运动过程中与中枢神经系统组织摩擦造成的损伤。该技术的发展可用于临床和临床前应用，如药物输送、神经刺激和诊断成像。 9. Daphne O. Asgeirsson, Michael G. Christiansen, Thomas Valentin, Luca Somm, Nima Mirkhani, Amin Hosseini Nami, Vahid Hosseini and Simone Schuerle. 3D magnetically controlLED spatiotemporal probing and actuation of collagen networks from a single cell perspective. Lab on a Chip, 21(20) 3850-3862 (2021)摘要：细胞不断地感知和反应来自周围基质的机械信号，这些基质由生物聚合物的纤维网络组成，影响着细胞的命运和行为。利用磁控制的几种有效方法已经开发出来，以评估细胞外基质(ECM)模型内的微力学特性。然而，其中许多仅限于平面内传感和驱动，这不允许在其完整的3D环境中探测矩阵。此外，很少有人注意到模型ECM系统特有的因素，这些因素可以深刻地影响其中包含的细胞。在这里，我们提出了利用磁微探针(μ rod)在与细胞相关的尺度上对细胞外基质网络进行时空探测和操作的方法。我们的技术利用3D磁场生成，物理建模和图像分析来检查和应用纤维胶原蛋白基质的机械刺激。我们确定了剪切模量范围在数百Pa到数十kPa之间，并模拟了接近刚性表面和局部纤维致密化的影响。我们分析了响应10 pNm量级的磁扭矩所产生的矩阵变形的空间范围和动力学，在跨越数十微米的区域内偏转纤维。zui后，我们演示了荧光标记μ杆的三维驱动和姿态提取。 10. D. Ahmed, A. Sukho, D. Hauri, D. Rodrigue, G. Maranta, J. Harting and B. J. Nelson. Bioinspired acousto-magnetic microswarm robots with upstream motility. Nature Machine Intelligence 3, 116–124, 2021.   摘要：抗血流推进的能力，即执行正流变性，可以为靶向治疗和非侵入性手术的应用提供令人兴奋的机会。到目前为止，还没有生物相容的技术来引导微粒在背景流体中逆流而上。受到许多自然发生的微游泳者的启发，如细菌、精子和浮游生物，它们利用壁面的防滑边界条件来展示上游推进力，在这里，我们报告了自组装微群的设计和特征，这些微群可以在外部声场和磁场的组合下执行上游运动。声波和磁场对人体都是安全的，非侵入性的，可以深入人体，在临床环境中得到了很好的发展。这两个领域的结合可以克服单一驱动方法所遇到的局限性。讨论了微群进行滚动运动所需的声致反作用力的设计准则。我们展示了实验数据与我们的模型之间的定量一致，该模型捕获了滚动行为。上游能力提供了一种将小药物分子输送到难以到达的部位的设计策略，代表了实现微纳米系统导航对抗血流的基本步骤。  11. C. C. J. Alcantara, F. C., Landers, S. Kim, C. de Marco, D. Ahmed, B. J., Nelson, S. Pane. Mechanically interlocked 3D multi-material micromachines. Nat. Commun. 11:5957 [https://doi.ord/10.1038/s41467-020-19725-6] (2020).摘要：金属和聚合物在物理化学性质上是不同的材料，但在功能上是互补的。因此，金属有机结构可以在小型机器人中引入丰富的新应用。然而，目前的制造技术无法加工三维金属和聚合物部件。在这里，我们展示了通过结合3D光刻、模具铸造和电沉积，混合微观结构可以互锁。我们的方法可用于实现具有前所未有的分辨率和拓扑复杂性的复杂多材料微器件。我们证明了金属成分可以与由不同种类的聚合物制成的结构相结合。金属和聚合物的特性可以并行利用，从而产生具有高磁响应性、高药物负载能力、按需形状转换和弹性行为的结构。我们通过展示新的微型机器人运动模式和控制的群体聚集来展示我们的方法的优势。 12. N Mirkhani, M Christiansen and S. Schuerle. Living, self-replicating ferrofluids for fluidic transport. Adv. Funct. Mater. 2020, 2003912.摘要：磁驱动为微流体泵送和靶向药物输送等应用提供了一种无线控制铁磁流体流动的方法。尽管这些概念很有前景，但实际使用合成铁磁流体作为流动致动器通常需要高浓度，并且受到低铁磁流体动力耦合效率和不均匀流场的阻碍。受趋磁细菌(MTB)表现出的磁性和流体动力学形式的启发，这项工作研究了将这些微生物作为一种活的、自我复制的铁磁流体，通过磁力强制旋转来改善流体运输。以多核氧化铁纳米颗粒作为性能基准，在旋转磁场下的MTB显示出更均匀和高效的流动。无论是磁性材料的体积还是总的体积分数的比较，都增强了耦合性。为了阐明在输运中与边界的相互作用的机制作用，开发了一个计算模型并进行了实验验证。应用该模型，预测了两种不同且可行的磁控制策略:一个旋转梯度场，尽管边界促进相反方向的流动，但仍产生定向流动;一个静磁门控场，实现空间选择性驱动。为MTB确定的优势属性为实现这些策略打开了设计空间。 13. M. K. Hausmann, A. Hauser, G. Siqueira, R. Libanori, S. L. Vehusheia, S. Schuerle, T. Zimmermann and A. R. Studart. Cellulose-Based Microparticles for Magnetically Controlled Optical modulation and Sensing. Small 16, 1904251 (2020).摘要：具有双折射光学特性的响应材料已经在一些现代电子设备中被用于光的操纵。虽然电场通常用于实现光调制，但磁刺激可能为远程控制和操纵光提供诱人的补充方法。本文报道了具有不同寻常磁光性质的磁响应双折射微粒的合成和表征。这些功能微颗粒是通过微流控乳化工艺制备的，其中水基液滴在流动聚焦装置中产生并拉伸成各向异性形状，然后通过光聚合转化为颗粒。双折射特性是通过在液滴拉伸过程中将纤维素纳米晶体排列在微颗粒内来实现的，而磁性响应性是通过在初始液滴模板中添加超顺磁性纳米颗粒来实现的。当悬浮在流体中时，微粒子可以通过外部磁场进行可控操纵，从而产生独特的磁光耦合效应。使用一个远程驱动的磁场耦合到偏振光学显微镜，这些微粒可以用来将磁信号转换成光信号，或者通过磁驱动的微流变学来估计悬浮流体的粘度。 14. M. Xie, W. Zhang, C. fan, C. Wu, Q. Feng, J. Wu, Y. Li, R. Gao, Z. Li, Q. Wang, Y. Cheng and B.He. Bioinspired Soft Microrobots with Precise Magneto-Collective Control for Microvascular Thrombolysis. Adv. Mater. 32, 2000366 (2020).摘要：用于生物医学应用的新时代软体微型机器人需要模仿自然界生物的基本结构和集体功能。生物相容性界面、智能功能和精确的运动控制是设计复杂生物环境下软体微型机器人的关键参数。在这项工作中，受趋磁细菌(MTB)的启发，开发了一种具有快速运动响应和精确定位的仿生磁性微机器人(BMM)，用于靶向溶栓。与MTB中的磁小体结构类似，BMM由嵌入在非膨胀微凝胶壳中的排列的氧化铁纳米颗粒(MNP)链组成。在静态磁场作用下，MNPs的粒子间偶极相互作用形成了线性链。仿真结果表明，装配的程度和速度与场强成正比。BMM在旋转磁场下实现了161.7µm s−1的zui大转速和小于4%的精确定位控制。重要的是，对BMMs的运动分析表明，在8Hz频率下，BMMs的同步与频率相关，而在更高频率下，由于阻力扭矩的增加，BMMs的异步化。BMM可以通过磁集体控制传递和释放溶栓药物，有望用于超微创溶栓。 15. Roberto Bernasconi, Elena Carrara, Marcus Hoop, Fajer Mushtaq, Xiangzhong Chen, Bradley J. Nelson, Salvador Pané, Caterina Credi, Marinella Levi, Luca Magagnin. Magnetically navigable 3D printed multifunctional microdevices for environmental applications. Additive Manufacturing 28, 127–135 (2019)摘要：结合立体光刻3D打印和湿金属化技术，制作了用于水清洗的微型机器人原型。使用化学和电解沉积在3D打印部件上沉积不同的金属层，以赋予所需的功能。特别是，利用电解共沉积的灵活性和多功能性，污染物光降解和细菌杀灭首次结合在同一设备上，通过在银基质中涂覆含有二氧化钛纳米粒子的复合纳米涂层。由此获得的微型机器人的微观结构得到了充分的表征，并通过施加旋转磁场成功地驱动了它们。从水净化的角度来看，该装置对水污染物具有明显的光催化活性，对革兰氏阴性菌具有抗菌活性。 16. J. Xie, C. Bi, D. J. Cappelleri and N. Chakraborty. Towards Dynamic Simulation Guided Optimal Design Of Tumbling MicrorobotS. Proc.ASME 2019 Intl. Des. Engin. Techn. Conf. and Comp and Inform. Engin. Conf. IDETC/CIE2019 (2019).摘要：小型机器人的设计是一个基于试错的过程，既昂贵又耗时。目前还没有很好的动态仿真工具来预测微型机器人在基底上移动时的运动或性能。在较小的长度尺度上，粘附和摩擦的影响(随表面积的变化)变得更加明显。因此，假设两个物体之间的接触可以被建模为点接触的刚体动力学模拟器是不合适的。在本文中，我们提出了模拟微型机器人运动的技术，其中机器人与衬底之间可能存在间歇性和非点接触。我们使用这个模拟器来研究不同形状的微型机器人的运动，并选择zui有希望执行给定任务的形状。 17. S. Schuerle, A. P. Soleimany, T. Yeh, G. M. Anand, M. Häberli, H. E. Fleming, N. Mirkhani, F. Qiu, S. Hauert, X. Wang, B. J. Nelson. N. Bhatia. Synthetic and living micropropellers for convection-enhanced nanoparticle transport. Sci. Sci. Adv. 5(4), eaav4803 (2019)摘要：纳米颗粒(NPs)已成为治疗各种疾病(包括癌症、心血管和炎症性疾病)的有利药物输送平台。然而，它们将物质运送到病变组织的功效受到一些生理障碍的阻碍。一个障碍是将药物从血管中转运出来，再加上随后进入目标组织的困难。在这里，我们报告了使用两个不同的由旋转磁场驱动的微螺旋桨，通过增强局部流体对流来增加扩散受限的NP输运。在第1种方法中，我们使用了一种称为人工细菌鞭毛(ABF)的合成磁性微机器人，在第二种方法中，我们使用趋磁细菌(MTB)群通过利用铁流体动力学创造了一种可指导的“活铁磁流体”。这两种方法都增强了血液外渗和组织渗透的微流体模型中的NP运输，该模型由以胶原基质为边界的微通道组成。 18. Daniel Ahmed, Thierry Baasch, Nicolas Blondel, Nino Läubli, Jürg Dual & Bradley J. Nelson. Neutrophil-inspired propulsion in a combined acoustic and magnetic field. Nature Communications 8, Article number: 770 (2017)摘要：能够在血管系统中精确运动的系统可以为靶向治疗和非侵入性手术的应用提供令人兴奋的可能性。到目前为止，大部分工作都是在二维环境中分析推进，在边界附近的可控性有限。在这里，我们展示了仿生滚动运动，通过在磁场和声场中引入超顺磁粒子，灵感来自于在墙壁上滚动的中性粒细胞。在旋转磁场的作用下，由于偶极子-偶极子相互作用，粒子自组装。由于声场的辐射力，聚集体向通道壁迁移。通过结合这两个场，我们实现了沿边界的滚动式运动。声场和磁场的使用在临床环境中已经成熟。这两个领域的结合能够克服单一驱动技术所遇到的局限性。我们相信我们的方法将对靶向治疗产生深远的影响。 19. Burak Zeydan, Andrew J. Petruska, Luca Somm, Roel Pieters, Yang Fang, David F. Sargent, Bradley J. Nelson. Automated Particle Collection for Protein Crystal Harvesting. IEEE Robotics and Automation Letters 2(3), (2017)  摘要：介绍了一种用于X射线晶体学的蛋白质晶体采集自动化系统。该系统使用了一个基于商用现货组件的紫外线成像系统、一个磁控工具和一个弹性行为控制器。该系统通过收集超过350个聚苯乙烯珠(用作晶体模拟器)，并在14小时内在没有人为干预的情况下将它们运送到2毫米的预定目标来验证。识别，收集，运输和交付晶体模拟器的平均时间为2.4分钟，类似于专家操作员。这是一个完全自动化的蛋白质晶体采集系统的首次演示。 20. Simone Schuerle, Ima Avalos Vizcarra, Jens Moeller, Mahmut Selman Sakar, Berna Özkale, André Machado Lindo, Fajer Mushtaq, Ingmar Schoen, Salvador Pané, Viola Vogel and Bradley J. Nelson. Robotically controlled microprey to resolve initial attack modes preceding phagocytosis. Science Robotics 2(2), eaah6094 (2017)摘要：吞噬细胞，免疫系统的掠食性细胞，不断探测其细胞微环境，寻找入侵者。这需要猎物的识别，然后形成足够稳定的身体接触。尽管免疫细胞必须施加物理力来拾取它们的微生物猎物，但由于缺乏适当的技术，人们对它们在吞噬前的狩猎行为知之甚少。为了研究吞噬细胞的捕猎行为，在这种行为中，猎物附着在物体表面的粘合剂必须被破坏，我们利用微型机器人探针来模拟细菌。我们使用5自由度磁梯度控制系统(5D-MTS)模拟不同的狩猎场景，通过与单个巨噬细胞对抗模拟猎物的微磁铁。通过动态调整引导这些微粒平移和旋转运动的能量格局，探索平移和旋转阻力如何调节巨噬细胞攻击模式。对于平移抵抗性猎物，观察到明显的推拉攻击。对于杆状、无抵抗力的猎物，它们模仿自由漂浮的病原体，细胞将猎物与它们的长轴对齐，以方便捕获。增加旋转陷阱的刚度来模拟抵抗性或表面束缚的猎物会破坏这种重新调整过程。在105皮牛顿纳米弧度- 1左右的刚度水平下，巨噬细胞无法重新调整猎物，从而抑制了摄取。我们的5D-MTS被用作概念验证研究，以高空间和时间分辨率探测吞噬细胞的平移和旋转攻击模式，尽管该系统也可用于从单细胞到器官芯片设备的长度尺度上的各种其他机械生物学研究。 21. Naveen Shamsudhin, Vladimir I. Zverev, Henrik Keller, Salvador Pane, Peter W. Egolf, Bradley J. Nelson, Alexander M. Tishin. Magnetically guided capsule endoscopy. Med. Phys. 44 (8), e91-e111 (2017)摘要：无线胶囊内窥镜(WCE)是一种强大的医学筛查和诊断工具，它是一个小胶囊被吞下并通过人体胃肠道(GI)的自然蠕动和重力移动。集成摄像头的胶囊允许小肠的可视化，这是以前传统的柔性内窥镜无法到达的区域。作为一种诊断工具，它可以定位胃肠道中部出血的来源，并识别炎症性肠病(克罗恩病)、息肉病综合征和肿瘤等疾病。WCE的筛查和诊断效果，特别是在胃区域，受到各种技术挑战的阻碍，如缺乏主动的荚膜位置和方向控制。由于胶囊体积和能量储存的限制，大多数商业胶囊缺乏治疗功能。利用人体外源磁场来引导、定向、驱动和操作胶囊及其机制的可能性导致了对磁引导胶囊内窥镜(MGCE)的研究越来越多。本工作简要回顾了WCE技术的历史和现状。它强调了磁技术在推进WCE诊断和治疗功能方面的作用。这篇综述不仅局限于胃肠道，还进一步研究了磁引导微型机器人的技术发展，这些机器人可以在体内充满空气和液体的腔体和腔体中导航，用于微创医学。 22. Petruska, A.J., Edelmann, J., Nelson, B.J. Model-Based calibration for Magnetic Manipulation. IEEE Transactions on Magnetics 53.7, 2017摘要：基于模型的磁工作空间校准不仅提供了磁场及其梯度矩阵的平滑表示，而且还使用物理约束来平滑校准测量。本文首次提出了一种基于模型的磁操纵系统标定技术，该技术采用非线性zui小二乘法求解每个源的标量势。通过数值有限元仿真和实际系统的实例标定，验证了该方法的性能，该方法可以实现0.9997的r2值。此外，为了方便起见，给出了球面多极展开的前三个空间导数的解析表达式，它们对应于工作空间中磁偶极子上的扭矩、力和力-空间变化率。欢迎继续关注上海昊量光电的各大媒体平台，我们将不定期推出各种产品介绍与技术新闻。更多详情请联系昊量光电/欢迎直接联系昊量光电关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。

便携式L波段微波辐射计的设计与特性（转译自Portable L-Band radiometer (PoLRa): Design and Characterization；Derek Houtz , Reza Naderpour and Mike Schwank） 摘要：介绍了一种适用于地面遥感或无人机测绘的轻质量、小体积双偏振L波段辐射计。在ESA土壤湿度和海洋盐度(SMOS)和NASA土壤湿度上有突出的应用主被动(SMAP)卫星的L波段辐射测量可用于反演环境参数，包括土壤湿度、海水盐度、雪中液态水含量、雪密度、植被光学深度等。介绍了气隙贴片阵列天线的设计和测试，并显示可提供37°的3db全功率波束宽度。我们提出了射频(RF)前端设计，它采用直接检测架构和平方律功率检测器。使用两个内部参考校准，包括在环境温度下的匹配电阻源(RS)和主动冷源(ACS)。射频(RF)前端不需要温度稳定，因为通过天空测量表征ACS噪声温度。介绍了ACS的表征过程。在1 s积分时，辐射计的噪声等效Δ (Δ)温度(NEΔT)为~0.14 K。天线总温度不确定度范围为0.6 ~ 1.5 K。1. 介绍星载L波段(1 – 2GHz)微波辐射计的现代时代始于欧洲航天局(ESA) 2010年土壤湿度和海洋盐度卫星(SMOS)[1]。紧随其后的是美国guo家航空航天局(NASA)的Aquarius卫星[2]和土壤湿度主动式被动卫星(SMAP)[3]。L波段辐射测量通常发生在1400-1427 MHz的受保护频段。基于该波段的双偏振微波亮度温度，已经证明了土壤湿度[4,5]、海面盐度[6]、植被光学深度[7,8]、雪液水[9]、雪密度[10-12]、土壤冻结/解冻[13,14]和海冰厚度[15]等环境状态参数的反演。近地表L波段辐射测量，如便携式L波段辐射计(PoLRa)，允许来自多个平台的高空间分辨率的L波段辐射测量。紧凑和轻质量的设计允许在无人驾驶飞行器(UAV)或无人驾驶飞机，轮式车辆或固定在塔，杆子或建筑物上使用。无人机安装的PoLRa能够提供几米(地面分辨率。基于无人机的L波段辐射计已经在先前的文献[16,17]中得到证实。这两种系统都不能提供双极化离zui低点天线温度，而这种温度对于已建立的检索算法(如Tau-Omega (TO)[18,19]或Two-Stream (2S)发射)来说是zui佳的模型(EMs)[5]。PoLRa是一种直接探测辐射计，提供校准的双极化L波段天线温度，在1 s积分时分辨率为~0.14 K，根据积分时间和输入天线温度的不同，总不确定度在0.6-1.5 K之间。PoLRa采用独特的双2 × 2贴片阵列天线，带有气隙衬底，具有高增益和低欧姆损耗。独特的天线温度校正方案允许校正相对较宽的天线功率37°全波束宽度−3db灵敏度。该校正将天线方向图与模拟的角度相关的面亮度温度进行卷积，同时还考虑了几何性质在偏离轴视角处引入的偏振混合(参见附录[20])。PoLRa是一个研究型的辐射计系统，本文演示了它的特性。下面几节介绍辐射计硬件、特性、初步结果和结论。硬件包括辐射计、电子设备和天线。表征包括辐射计的分辨率和稳定性、校准和不确定度。初步结果包括基于无人机的天线温度测量和土壤水分检索。 2. 硬件以下各小节将介绍PoLRa的硬件组成，包括射频前端、后端和天线。 2.1 射频前端PoLRa是一种直接探测辐射计，具有三个模拟滤波级，其中一个在第1个放大器之前。前端滤波器对于防止射频推断(RFI)信号使低噪声放大器(LNA)饱和至关重要[21]。辐射计使用两个内部校准噪声源作为参考，包括环境温度下的匹配电阻源(RS)和主动冷源(ACS)。一个四端口低损耗射频开关在两个校准源和两个(垂直和水平)极化天线之间切换。温度传感器监测参考噪声源以及天线和电缆的物理温度。经过多次滤波放大后，射频信号由线性平方律功率检测器检测。射频前端框图如图1所示。滤波器是陶瓷谐振器滤波器，两个LNA级提供了~70 dB的总增益。射频组件目前通过同轴电缆线路和SMA型连接器连接。RF组件可以与微带或共面波导连接，从而允许在单个印刷电路板(PCB)上实现整个RF前端。单个带通滤波器的实测响应如图2所示。前端损耗或噪声系数(NF)由第1个LNA之前的组件驱动，并决定辐射计系统噪声温度，从而决定辐射分辨率。由于PoLRa所要求的轻质量和小体积，使用大的低损耗谐振腔滤波器是不切实际的。四口射频开关、隔离器和陶瓷腔滤波器的插入损耗分别为1.3 dB、0.2 dB和2.1 dB。第1个LNA的NF为0.6 dB，由于所有连接器和SMA部分约0.8 dB，存在额外的损耗。从交换机到包括第1个LNA的NF为5.0 dB。辐射计系统噪声温度Tsys由以dB为单位的NF计算[22]：Tref是290k。这对应于Tsys为627 K。图1所示，L波段辐射计射频(RF)前端和后探测电子器件的框图。图2，用矢量网络分析仪(VNA)测量滤波器响应:(a)宽带响应;(b)频率y轴在保护频带附近变焦。2.2．后端及处理Linux微控制器驱动开关，读取温度传感器，并对模数转换器(ADC)进行采样，读取功率检测器输出信号。开关的稳定时间小于1 ms，通常一个完整的校准周期需要~69 ms，其中积分每个开关位置花费16 ms，在四次 ~1 ms的开关位置稳定周期内对4个温度传感器进行采样。ADC的采样频率为~ 2kHz和22bit，低通滤波器的RC时间常数为τ≈1ms。由于电池电源的稳定电压调节，该ADC能够检测＜0.01 mV分辨率。辐射计完全运行在5V DC上，功耗约0.7 A，总功耗低于4W。辐射计没有主动温度控制，这被证明是不必要的，其达到所需的精度，可与星载L波段辐射计相媲美。相反，我们依赖于ACS的物理温度依赖性的表征。第3.1节详细介绍了这种特性。第三节还介绍了辐射计噪声温度的校准过程。 2.3. 天线设计与表征独特的双贴片阵列天线结构紧凑，重量轻，并提供足够的指向性，以获得合理的地面分辨率，低后瓣贡献和较小的极化串扰。印刷电路板(PCB)贴片阵列使用由气隙隔开的两个PCB层来获得高增益和高辐射效率。贴片由印刷在与贴片相同的PCB上的微带馈电网络以均匀的幅度和相位馈电。微带馈电网络用同轴探头馈电，用1m的SMA电缆连接到前端交换机。天线由两个厚度为1.5 mm的FR4 PCB组成，中间间隔有6mm的PTFE垫片。PCB连接使用尼龙螺钉通过垫片和PCB层运行。天线总尺寸为0.6 m × 0.3 m × 9mm。监测天线和馈电电缆的物理温度，如图1所示。天线的欧姆损耗和同轴馈电电缆的损耗是根据经验确定的，作为第3节中描述的ACS特性的一部分。图3显示了天线在地面天空测量和无人机测量期间的照片。图3，天空测量时安装在塔上的贴片阵列天线(a);(b)在飞行测量时安装在多旋翼无人机上。在设计过程中，利用商用有限元电磁学软件ANSYS electromagnetics Suite对天线回波损耗进行了仿真。优化了馈电网络和补片尺寸，减小了模拟回波损失。在天线指向天空的情况下，用矢量网络分析仪(VNA)测量回波损耗。天线的谐振，或zui小回波损耗，对FR4衬底的电磁介电常数高度敏感。zui终呈现的设计需要多次迭代才能准确确定特定PCB供应商提供的FR4介电常数。利用ANSYS Electromagnetics Suite有限元软件对天线的角相关功率灵敏度进行了仿真。此外，采用[23]中描述的太阳立交桥方法测量天线功率灵敏度方向图。天线的定位使轴向指向当天太阳zui高天顶角的方位角和仰角。用太阳立交桥法测量的相对天线方向图将增益表征为太阳与天线轴向之间的总角度α的函数。球面极角θ只会恰好等于α时，太阳直接通过头顶，但对α的响应应该在恒定φ =｛0◦，90◦｝之间的切片。太阳立交桥法的数据只显示通过- 6 dB功率电平，因为在高角度地平线变得杂乱的树木，和测量变得不可靠。图4显示了(a)模拟和测量的天线回波损耗，(b)模拟和测量的天线功率灵敏度图(归一化天线增益)。图4，(a)有限元模拟和VNA测量的天线回波损耗;(b)由有限元模拟和太阳立交桥测量得到的归一化天线功率灵敏度图。3. 辐射计表征下面的小节描述了PoLRa辐射计的实验特性。首先，描述了主动冷源(ACS)表征过程；其次，讨论了稳定性和辐射分辨率；第三，给出了辐射计不确定度的量化。 3.1．主动冷源表征在非温度稳定的辐射计硬件上使用主动冷源(ACS)，需要确定ACS噪声温度对温度的依赖性。在没有星系背景辐射的情况下，根据天顶角的不同，天空的L波段亮温Tsky约为几个开尔文[24]。银河系辐射已被证明对天空亮度温度的影响高达5K或更多[25]，但与[25]中假设的10°天线相比，相对较大的37°天线波束宽度将其减少到不到2K。两个极化开关输入处的噪声温度p={H，V｝,Tinp可以被以下式子表达：式中ap为天线/电缆平均物理温度Tphy(假设所有天线元件和电缆温度均匀)下总传输路径(TP)的吸收。请注意，温度符号上的条形重音在接下来的讨论中指的是物理温度。以分贝(dB)为单位的Lp是天线和辐射计输入之间的累积损耗(上面提到的TP)，它考虑了由于非理想天线效率、电缆损耗、适配器和连接器损耗以及不匹配误差造成的损耗。由于两种传输路径(TPs)的电缆和天线损耗各自的可变性，我们考虑在每个极化p = {H, V}中不同的损耗Lp。我们使用天空和环境匹配电阻源(RS)测量，以开关输入作为参考平面对辐射计进行两点校准。辐射计增益Gp和辐射计固有偏置(off)噪声温度Toffp由下式给出:式中TRS = TRS为RS的噪声温度，如果RS完全匹配，则等于RS的物理温度TRS。uRS为RS开关位置测得的探测器电压，uskyp为天线极化p = {H, V}处开关位置测得的探测器电压，天线朝向天空。开关输入端ACS的校准噪声温度TACSp为:如文献[26,27]所示，ACS参考文献的噪声温度TACSp随其物理温度呈线性增加。因此，以下线性模型适用于表示ACS噪声温度TACS,modp作为其测量物理温度TACS的函数，其中mp和bp分别是线性zui小二乘回归的斜率(单位为K/K)和偏移量(单位为K)。给定一个理想的开关，因为所有的值都参考开关输入，所以没有极化依赖于ACS噪声温度，这意味着TACSH = TACSV。我们将此与假定的ACS噪声与物理温度之间的线性关系一起使用，以制定成本函数(CF)，通过zui小二乘拟合zui小化并获得LH和LV的损失:其中TACSH,i和TACSV,i是由式(5)导出的ACS噪声温度，并使用天空测量得到的电压uACS ,i ={1,2，…n}。CF中的第1项表示ACS噪声与其物理温度的线性关系，第2项表示TACSH = TACSV。利用数值全局zui小查找器zui小化CF以获得zui优LH和LV。对于理想的测量系统，公式(6)中使用的线性拟合参数mp和bp对于p = {H, V}是相同的，但在实践中并非如此。为了获得zui优的与极化无关的ACS线性温度依赖关系，可以对m =＜mH, mV＞和b =＜bH, bV＞进行两个极化的平均，这相当于所有TACSp,i值与TACS的线性拟合。图3a显示了在达沃斯-拉雷特遥感野外实验室进行这些天空测量的设置[28]。天线以大约70°高度角朝向南方。在2020年5月7日至8日约11小时的时间内，每隔5分钟进行一次天空测量。傍晚至夜间(当地时间17:00-06:00)测量是为了zui大化物理温度范围，同时也避免太阳侵入天线。我们还使用夜空计算器调查了潜在的银河系噪声入侵，并从我们的赤道坐标估计其小于1 K[25]，zui坏的情况发生在测量周期的开始。图5显示了物理温度和测量到的探测器电压。夜间冷却期提供了~25 K的温度变化。请注意，PoLRa上的检测器是反斜率检测器，因此较低的电压对应于较高的绝对功率水平。图6提供了校准后的冷负荷亮度温度TACSp,i (TACS)与ACS物理温度TACS，以及两个极化的线性拟合线TACS,mod和该拟合线的95%置信区间。表1显示了成本函数(CF)zui小化过程产生的参数值。图5，(a)测量到的物理温度，(b)在天空测量期间测量到的探测器的原始电压与一天时间的关系。图6，主动冷源(ACS) TACS的测量物理温度与校准的ACS噪声温度TACSp,i和线性拟合TACS,mod，用于基于天空测量的ACS特征。虚线表示线性模型的95%置信区间(CI)。颜色条表示在2020年5月7日至8日之间进行每次测量的当地时间。表1，来自ACS特性的参数值。3.2. 辐射计稳定对于辐射计的标称使用，天线在水平和垂直极化时的温度使用两点校准，以内部匹配电阻源(RS)和主动冷源(ACS)为参考。与式(3)(4)相似，辐射计增益G和偏移Toff的计算公式为:在开关位置p = {V, H}处，在开关输入参考平面处的噪声温度Tinp为:其中up为天线指向目标场景时，开关在水平和垂直极化输入口测得的探测器电压。通过在两根天线馈电电缆的末端附加电阻匹配源来表征辐射计的稳定性。辐射计从冷启动开始持续测量约20分钟，在两个外部电阻源上使用τ = 16 ms积分时间。在四个开关位置之间切换对应的总时间，在每个位置(ACS, RS和两个外部电阻源)对检测器采样16ms，对四个温度传感器采样69 ms。在稳定性测试中，辐射计使用电池供电。在稳定性试验中，外部匹配的电阻源被动地保持在环境温度下。假定各自的射频电缆和匹配的电阻源处于相等和均匀的温度。在测试过程中，将热电偶温度传感器连接到匹配的电阻源上，以监测其物理温度。在测量期间，检测到匹配的电阻源轻微发热(~0.6 K)，可能是由靠近辐射计电子设备产生的热量引起的。噪声等效Δ (Δ)温度(NEΔT)由该匹配电阻源稳定性试验实验计算得到。NEΔT取决于积分时间(τ)，在我们的系统中，它由原始16 ms样本的尾随滚动平均值表示。所提供的NEΔT值是作为超过1000个原始样品的校准天线温度的标准偏差计算的。积分时间被实现为与积分时间对应长度的尾随滚动平均值(矩形窗口)，因此是16的倍数。表2给出了不同积分时间下的实验NEΔT值。图7给出了H极化开关端口的测量原始(在τ = 16 ms(蓝色)时采样)和集成天线温度的示例，以及各自原始数据的直方图和高斯拟合。图7中原始样本的峰度为3.018，接近高斯分布。表2，两种极化和不同积分时间下实验辐射计噪声等效Δ (Δ)温度(NEΔTs)表。图7，辐射计在匹配电阻源期间测量的噪声温度连接到辐射计的H端口，用于量化PoLRa的稳定性。(a)不同积分时间τ的噪声温度时间序列随源的物理温度绘制。(b) (a)所示原始τ = 16 ms样本的直方图和分布的高斯拟合。NEΔT也可以通过公式[29]进行理论计算:其中Tsys为2.1节(627 K)中讨论的系统噪声温度，B为系统的RF带宽，τ为检测后积分时间。射频带宽由FE滤波器决定，其在1400-1427 MHz范围内具有27 MHz的3db通频带。理论值NEΔT和实验值见表2。理论值可能略低(~20%)，因为在实验过程中辐射计的温度不是完全稳定的，并且式(11)中假设的理想矩形滤波器的带宽高估了实际滤波器的带宽。实验确定的NEΔT值确实与各自理论值的趋势密切相关，这表明辐射计确实是在测量高斯热噪声。外阻源的平均噪声温度与平均物理温度的差值在H极化口为0.02 K，在V极化口为0.26 K。垂直极化端口的较大差异可能是由于电缆加热不均匀或温度传感器与电阻源的热接触不理想所致。热电偶传感器的绝对精度规格仅为1K。考虑到这一点，外部电阻源(附在H端口上)的测量噪声温度与传感器不确定度内的物理温度一致。 3.3. 不确定性特征在变量不相关的情况下，交换机端口参考平面标定噪声温度的系统不确定度可以用方差公式表示为[30]:其中Δ前缀表示与前一个变量相关的不确定性。测量电压uRS、uACS、up的系统不确定度ΔuRS、ΔuACS、Δup均为0.01 mV。当通过增益G (~5 K/mV)的乘积转换为温度单位时，这些不确定性远小于TRS, TACS的测量物理温度ΔTRS = ΔTACS≃1K。因此式(12)可化简为:其中：其中偏导数由式(8)和式(9)代入式(10)计算。在3.1节给出的温度传感器不确定度ΔTRS = ΔTACS≃1K, ACS RMSE ΔTACS = 0.66 K的条件下，输入端口p = {H, V}处PoLRa噪声温度测量的系统不确定度ΔTinp可由式(13)计算。我们计算ΔTinp的范围为上，覆盖50 K≤Tp≤350 K的范围，用于地面场景的测量。总不确定度ΔTin,totp的测量噪声温度在辐射计端口p = {H, V}，然后计算为系统和统计贡献的平方根和:系统不确定度ΔTinp和总不确定度ΔTin,totp在图8中为两个不同的积分时间绘制。当测量的噪声温度大致处于两个校准参考点(RS和ACS)之间时，不确定度达到zui小，当测量的噪声温度需要外推超出校准参考点时，不确定度增加。额外的不确定性来源，如非线性、失配和隔离[31]，在本分析中被忽略，因为与与温度传感器相关的不确定性相比，它们被认为很小。检测器提供线性估计，元件和开关端口之间的不匹配都测量在−20 dB以下。上述不确定度分析只考虑了影响开关输入端口p = {H, V}处测量噪声温度Tinp的内部不确定源。当天线在地面上观察自然足迹时，会产生额外的不确定性源，包括潜在的射频干扰(RFI)。尽管许多现代辐射计zui近使用高采样率数字后端来缓解频域RFI，但这种方法仍然会导致残余RFI，并且不是万无一失的[32]。在时域对样本进行高斯拟合也是一种适当的RFI检测手段，如文献[28,33,34]所示。本文讨论的便携式L波段辐射计(PoLRa)采用直接检测架构，具有稳定、简单和低功耗的总功率检测。类似辐射计的数字后端已被证明至少消耗19W[35]，这远远超过PoLRa使用的~ 4W。图8。计算系统和总噪声温度不确定性作为两个不同积分时间τ的测量噪声温度的函数。用于检索地球物理状态参数的从天线温度到足迹亮度温度的转换也可能需要进行校正，以考虑到天线的相对较大的视场。当以非zui低点入射角观察地面时，天线平面上的线极化只对应于天线轴线上相同的线极化。在非zui低点角度，来自地面的发射必须进行偏振混合校正;该过程的详细描述见[20]的附录a。基于PoLRa的地球物理参数(如土壤湿度)检索将在未来使用原位土壤湿度传感器网络进行验证。4. 讨论概述了便携式L波段辐射计(PoLRa)的设计和特性。给出了详细的技术讨论，以证明该辐射计的硬件功能符合预期，并提供了其噪声温度测量不确定度的估计。虽然使用与其他辐射计相似的架构，但PoLRa的天线设计独特，电子设备简单，功耗低，成本效益高，无需主动温度控制。由于采用了新颖的主动冷源(ACS)表征方法，这里介绍的辐射计不需要温度稳定性。利用模拟的冷天亮度温度来表征ACS噪声温度对预期工作温度范围内物理温度变化的响应。这一初始特性允许之后对辐射计进行完整的内部校准，而不需要进一步的天空测量。内部校准噪声源(RS和ACS)的测量物理温度的不确定度是PoLRa输入端口测量噪声温度总不确定度的主要原因之一。通过提高温度传感器的质量，可以提高辐射计的精度，但这也需要研究二阶不确定性项，如非线性和不匹配。与基于卫星的无源l波段测量相比，在自然足迹上测量的噪声温度范围的总不确定性值在0.6 K到1.4 K之间，仍然很低。例如，SMOS的不确定度为3k或更高[36,37]，而NASA SMAP辐射计的不确定度为1.3 K[3]。PolRa的总质量小于4公斤，包括所有安装硬件，可以安装在无人驾驶飞行器(UAV)上，如多直升机无人机，或者可以用作塔架或简单杆子上的地面仪器。这种辐射计也可以安装在其他车辆上，如农用拖拉机、汽车或飞机上。系统的低功耗允许使用紧凑型电池或小型太阳能电池板和电池系统进行离网地面使用。这种具有成本效益的设计允许生产大量这样的辐射计，这将允许在广泛的网络中用于卫星地面验证目的，或大规模生产用于农业和土木工程的硬件。农业方面的应用可能是基于无人机的土壤水分和植被含水量测绘。土壤湿度信息可用于智能灌溉系统，节约用水，减少作物压力，提高作物产量。植被含水量检索可用于评估作物健康状况和作物成熟度，如小麦和谷物，以确定zui佳收获时机。基于无人机的PoLRa在土木工程中的应用将包括发现堤坝和水坝的泄漏，以及为调查和建筑规划评估土壤湿度。PoLRa未来的其他潜在用途包括滑坡风险预测和缓解，以及通过雪湿度和密度的空间测绘来减轻雪崩风险。本论文介绍了PoLRa辐射计的硬件设计、特性、校准和不确定度分析。我们只包括冷天空的自由空间测量，以表征主动冷源(ACS)校准参考。这里介绍的其他测量都是在实验室中进行的。未来的出版物将介绍使用PoLRa的地面和无人机测量，以及相关的环境参数检索，例如，包括土壤湿度和植被光学深度。 5. 结论我们介绍了一种小型、轻质量、低成本的L波段辐射计设计，并提供了表征结果来证明其性能。L波段，频率zui低的无源保护波段，从1400-1427 MHz，提供对自然介质的渗透，如土壤和植被。通过在多旋翼无人机上安装便携式低质量辐射计，可以实现~6米或更小的像素尺寸。PoLRa还可以方便地作为卫星验证网络的地面辐射计，或任何亮度温度时间序列测量，并且可以安装在简单的自动气象站类型的基础设施上。本文介绍了该辐射计的硬件设计、标定、表征和不确定度分析。基于无人机的演示和结果保留用于以下出版物。给出了直接检测总功率辐射计的框图和实测的系统前端滤波器响应。根据前端和第1LNA的级联噪声系数，估计辐射计的系统噪声温度为Tsys = 627 K。给出了独特的气隙贴片天线阵设计，并给出了仿真和实测的回波损耗和增益图。天线的半功率全波束宽度为37◦，并且与方位角几乎对称，从而产生圆形zui低点观看像素。第3节介绍了主动冷源(ACS)参考、噪声等效Δ (Δ)温度(NEΔT)和总辐射不确定度的特征。ACS与电缆和天线损耗因子一起进行了表征，噪声温度均方根误差(RMSE)为0.66 K。在τ≈1的积分时间内，实验确定的NEΔT是0.14K, 这与由系统噪声温度、积分时间和带宽确定的理论值0.12 K非常吻合。由于校准视图和两个极化视图，1秒的积分时间实际上总共需要大约4.4秒。对于未来基于无人机的操作，更现实的集成时间约为100ms，对应于总测量时间为480ms，NEΔT为0.4 K。辐射计的总不确定度是系统不确定度和统计不确定度贡献的总和。系统不确定度由标定参考不确定度的传播决定，而统计不确定度等效于NEΔT，并且是积分时间的函数。在观测范围内，总不确定性在0.6 K到1.4 K之间，15个预期自然亮度温度中的13个在50 K到350 K之间。这个值小于ESA SMOS卫星的辐射不确定度，与NASA的SMAP仪器相当。欢迎继续关注上海昊量光电的各大媒体平台，我们将不定期推出各种产品介绍与技术新闻。更多详情请联系昊量光电/欢迎直接联系昊量光电关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。

时间门控拉曼光谱的创新驱动力——SPAD的突破与应用拉曼光谱技术是一种基于光与物质分子振动相互作用的非破坏性光谱分析方法。通过高强度激光照射样品，大部分光会以原波长散射（瑞利散射），少量光会以不同波长散射（拉曼散射），形成拉曼光谱。每个光谱峰对应于特定的分子键振动，形成独特的“化学指纹”。拉曼光谱技术因其高效和多用途特点，有着非常明显的优势如：- 非破坏性：无需破坏样品。- 无需特殊制备：适用于多种样品形式。- 高分辨率：提供分子级别信息。- 广泛应用：用于化学、材料科学、药物分析等领域所以这项技术在各科学领域中具有重要应用价值。但是其在实际应用检测的时候却也有着自身的一些限制如：- 拉曼效应较弱：需要更高强度激光来获得更强的目标信号，可能损坏样品。- 荧光干扰：大部分样品可能会产生伴生荧光，干扰zui终目标信号的检测 为了应对这些限制，从而产生了衍生技术——时间门控拉曼技术：时间门控技术在拉曼中的应用主要是为了提高信噪比，减少荧光干扰。时间门控技术通过在特定时间窗口内选择性检测拉曼散射光，排除荧光和其他背景信号。荧光通常比拉曼散射延迟出现，因此可以通过时间门控技术将其过滤掉。 通过时间门控拉曼技术 可以提高信噪比：时间门控技术能显著降低荧光背景，提高拉曼信号的检测鉴别度；非破坏性分析：在高荧光背景的样品中，时间门控拉曼光谱仍然可以进行非破坏性分析；适用范围广泛：时间门控技术适用于各种复杂样品，包括生物样品、药物和材料科学中的高荧光样品； 时间门控拉曼技术的实验配置往往需要两个核心硬件：激光脉冲源：使用短脉冲激光作为激发光源，以实现时间门控。时间门控探测器：用于在预设时间窗口内检测拉曼信号。 由于因为拉曼效应非常弱，通常仅占散射光的0.0000001%。而单光子雪崩二极管（SPAD）因其高灵敏度，能检测单个光子，极大地提高了弱拉曼信号的检测能力，并且其低噪声特性使得在低信号水平下仍能获得高信噪比的拉曼光谱信号。还可以在极短的时间窗口内进行信号采集，避开伴生荧光的峰值时间，从而减少荧光干扰，进而能够显著增强拉曼信号的检测能力。所以单光子雪崩二极管（SPAD）是目前拉曼检测较为常用的器件 但是目前市面上商用的SPAD单光子雪崩二极管大多都为单点式，而单点SPAD在此研究中的使用还是回受到不小的限制，因为单点SPAD需要配合单色仪进行逐波段扫描探测，这就导致了测算结果的速度会非常慢，无法快速得到需要的数据 针对这一不足，Pi Imaging与上海昊量光电设备zui新推出的SPAD Lambda线阵单光子探测器，不仅具有单点式SPAD拥有的所有优势，更是完美的解决了它的不足SPAD Lambda具有320×1个SPAD硅基单光子探测器阵列，单次的积分时间无上限，每个像素尺寸为29um，填充因子大于80%，且内置了320通道的10ps时间分辨率的tdc，自带门编辑模式（时间选通功能），选通门上升沿所需时间小于120ps，zui小选通时间为2ns，激光器同步触发信号与内部选通门的zui小偏移量为17ps zui大无限制。 在时间门控拉曼技术的应用中，门编辑模式起到了不可或缺的作用，其可以根据激光器的外触发信号来生成SPAD工作门，内置TDC的时间序列按照激光器的触发信号作为Start，但SPAD的工作时间是按照生成的门信号进行探测工作，虽zui小的门宽（选通时间）为2ns，但是zui小偏移也就是激光器同步触发信号的上升沿与内部生成的SPAD工作门的延迟时间zui小为17ps zui大无限制，这就意味着设备可以按照zui小17ps的一个时间选通调节分辨率来调整门，实际原理应用解释见下文： 为方便介绍和计算，我们使用10M重频的皮秒半导体激光器来激发被测物，需要测量如图1中的拉曼信号，尽可能的屏蔽掉其他非目标信号的干扰。图1但我们只需要第1ns的目标信号，隔绝1ns外的非目标信号，所以在SPAD Lambda的门编辑模式中设置2ns的SPAD工作门，并且激光同步信号和内部工作门信号的上升沿的延迟时间设置为99ns（99000ps），这样两个信号的关系就如同图2所示：图2探测器中的TDC会一直持续工作，但是SPAD只会在上一个激光周期的第99ns（空测）和下一个激光周期的第1ns（有效测量）工作，SPAD在其余时间均为不工作状态，可以有效的隔绝来自非目标信号的干扰，如果需要调整对于目标信号探测时间段，则可以通过调整延迟量来调控，所得到的目标信号的直方图如下图3所示：图3 图3为一个激光周期的直方图，设置的BIn宽为20ps（zui短可达到10ps），直方图中只会显示第1ns内和第99-100ns内的数据，将第99-100ns的数据筛除，即可得到目标信号的光强随时间变化的信息。SPAD Lambda的设备软件可一键生成直方图且同时会把直方图的横纵坐标轴的TXT文件（SPAD光强纵轴的320个文件+TDC时间坐标横轴的一个文件）直接保存到电脑端，方便数据的随时调阅及处理。总之，SPAD Lambda不仅克服了传统单点SPAD设备的不足，能够显著提高拉曼光谱的检测灵敏度和信噪比，特别是在处理高荧光背景样品，同时还提供了一种低成本、高效能的解决方案，显示出无与伦比的优势，为各科学领域的研究和应用提供了强有力的支持。  在时间门控拉曼光谱应用中，目前商用化的时间门控拉曼光谱设备如芬兰的Pico Raman设备，购买成本高昂（200-300万）。并且其核心SPAD探测器件并不如SPADLambda亮眼。SPAD Lambda成本较低，且只需加一个前置光栅，调整光栅与SPAD Lambda的空间位置，即可同时获得多个光谱的强度及时间信息。 上海昊量光电设备有限公司具有着成熟且经验丰富的系统搭建能力，如您想使用SPAD Lambda搭建一套属于您自己的时间门控拉曼测量设备，欢迎与我们联系并进行交流，构建专属于您的时间门控拉曼系统！关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。

体布拉格光栅（VBG）在中红外激光器方面的应用--高功率、波长稳、窄线宽  中红外激光器（2.5-10um波段）由于其波长具有的特殊性质，比如处在大气窗口、分子“指纹”区。这些特性使得中红外激光器的应用领域非常广泛，如国防、军事、医疗、科研、通信、工业等。在国防和军事领域，中红外激光器可用于目标侦测、跟踪、识别和导引等方面，如导弹反制、激光通信等；在医疗领域，中红外激光器主要是利用光热效应达到治疗或消融病变组织的目的，如烧蚀和切割泌尿组织，汽化或切割衰竭的器官等；在科研领域，中红外激光器可用于光谱学、化学和生物学等领域的研究，如检测化学物质、研究分子的结构和生物分子的振动光谱；在通信领域，中红外激光器可用于高速光信号的传输及通信；在遥感和环境检测方面，中红外波段的大气窗口使其在遥感和环境检测中有重要应用，比如气象观测、大气污染观测和森林健康评估等；在工业领域，中红外激光可用于材料加工方面，如塑料的切割和焊接等。 中红外激光器的快速发展以及应用领域的不断扩大，也推动着中红外技术的不断提升，要求实现更高功率输出、更稳定的激光波长等要求。 体布拉格光栅（VBG）是一种以光敏玻璃（PTR）为载体的全息布拉格光栅，其物理性能稳定且具有稳定波长、压窄线宽的特性，可以应用于400-3000nm波段作为激光器腔镜。因此，这款体布拉格光栅（VBG）可直接作为激光器腔镜用在2.5-3um波段的中中外激光器中，此外，体布拉格光栅（VBG）更多的应用在1.0-2.1um波段的固体激光器用作为腔镜，然后作为中红外激光器（3-5um）的泵浦源来使用。VBG主要产品特点：1. 锁定中心波长，稳定波长输出；2. 高功率输出；3. 窄线宽输出；4. 物理性能稳定，不易潮解；5. 无偏振相关性；6. 参数可定制； VBG主要参数：波长范围：400-3000nm；（常用波长：1908nm，2090nm，2109nm等）衍射效率：10%-99%；半高全款（FWHM）：0.1nm -2nm;尺寸大小：8mm x 6mm,可定制；高损伤阈值镀膜（可选） 欢迎继续关注上海昊量光电的各大媒体平台，我们将不定期推出各种产品介绍与技术新闻。如您想要了解产品更详细信息(或相关文章)，欢迎咨询浏览昊量光电官网并联系相关销售工程师。关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。

高精度分光——密集波分复用的应用前景介绍波分复用技术在光通信领域扮演着日益重要的角色，相比粗波分复用，密集波分复用可以拥有更多的信息通道及更高的通信速度，适用于无关协议的长距离高带宽数据传输。而高精细度滤波器是确保不同波长信号之间有效隔离的关键组件。正文随着通信技术的飞速发展，波分复用技术在光通信领域扮演着日益重要的角色。其中，密集波分复用（DWDM）和粗波分复用（CWDM）是两种主要的技术方案。密集波分复用（DWDM）技术是一项高精度分光在光通信领域引起的ge命性创新。 密集波分复用（DWDM）的工作原理密集波分复用的核心概念是在光纤中使用非常紧凑的波长间隔来传输多个独立的波长（或称为通道）。这些波长被同时发送到光纤上，每个波长都代表一个独立的通道，从而允许在同一光纤上进行高容量的数据传输。波长之间的间隔通常在0.8纳米至0.2纳米之间，这种紧凑的波长布局是DWDM系统实现高密度、高容量传输的关键。相比之下，粗波分复用（CWDM）则是在更宽的波长间隔内传输信号。虽然CWDM也实现了多通道传输，但通道之间的间隔较大，因此传输的通道数量相对较少。DWDM与CWDM的核心对比1.传输容量和速率：CWDM：CWDM是多路复用光纤的一种变体，支持同时双向数据传输。与更紧凑的DWDM相比，CWDM利用的激光信号波长一般以20nm的增量相差，每个通道可支持高达10gbps的数据速率。DWDM：DWDM利用与CWDM相同的多路复用传输系统，但它可以支持更多的信道。DWDM的较短波长间隔意味着它可以支持更密集的信号封装，因此得名。这种改进的密度允许数据传输速率高达100gbps。因此，假设每根光缆有160个通道，每个通道能够承载100gbps的数据，那么每根DWDM光缆基本上可以支持大约1.6 Tbps的容量。然而，波长上较小的差异会降低信号容忍度，因此需要更精确的激光设计。这就是为什么DWDM电缆比CWDM电缆贵得多。 2.组成部分：CWDM：CWDM的功能是将各种信道合并到一个输出光纤上，并在一个输入光纤上将它们分割成单独的波长。CWDM系统的三个关键组件是复用器/解复用器、分出/插入模块和分出/通过模块。这三个CWDM组件一起工作，以驱动更有效的网络通信。DWDM：DWDM系统的关键组件包括转发器、复用器/解复用器、光放大器和光分插复用器。数据流通过路由器接收并作为输入送到转发器。在转发器中，信号被映射到DWDM波长并传输到复用器以合并光信号。当信号通过复用器时，光放大器会增强信号，使其可以传输更远的距离。在传输过程中，光分插复用器负责添加和删除特定波长的信号通道。zui后，信号到达解复用器并被“解复用”成单独的DWDM波长。这些波长通过转发器传输并转换成相应的信号，然后发送到zui终目的地。3.应用：CWDM：CWDM的一个常见应用是在有线电视网络中。上行和下行信号利用不同的波长可以有助于提高信号质量并减少干扰。CWDM的使用也常见于千兆位接口转换器和SFP光学器件等收发器中。这些系统使用标准化CWDM波长通过光纤进行波长复用传输。总体而言，CWDM应用侧重于支持数据、视频和语音信号的高效且经济高效的传输。DWDM：DWDM通常用于长距离、高带宽、协议无关且安全的应用。例如，它是电信和有线电视公司的shou选系统，并广泛用于运营商传输网络。在城域聚合网络中，DWDM可用于组合来自多个地理位置的数据。如今的服务提供商不断努力使计算能力更接近zui终需求，因此，用于将更多数据汇聚到单个节点进行计算的DWDM由于其灵活性和提供的更高带宽而受到青睐。同时，DWDM非常适合用于高吞吐量数据中心网络，例如超大规模云中心和托管数据中心这类大数据量的高速交换。 4.优点：CWDM: 与DWDM 相比，CWDM 更易于部署和管理，因为它需要更少的光学硬件组件。 此外，CWDM 使用更宽的波长间隔，这有助于降低成本。DWDM：与CWDM相比，DWDM的主要优势在于其增强了长距离传输大量数据的能力，使其成为长距离传输的理想选择。DWDM可以部署在现有光纤上，这意味着随着光技术的突破，它可以增加企业网络的数据传输能力。尽管DWDM比CWDM成本更高，但部署DWDM 系统仍然比安装数百公里的新光纤更经济。此外，DWDM 与比特率和协议无关，因为数据流经单独的波长，并且通道之间不存在干扰。这使得 DWDM 能够通过单根光缆传输不同类型的数据，例如视频、文本和语音。 高精细度滤波器的关键作用：目前对于波分复用，信号的收发器严重依赖于滤波器，短波通和长波通滤光片用于分离或组合波长。而由于技术进步和可调器件成本的降低，可调谐激光器和滤波器正变得越来越流行。在DWDM系统中，高精细度滤波器是确保不同波长信号之间有效隔离的关键组件。这些滤波器的作用类似于分色镜，能够准确地分离出每个波长信号，防止信号之间的干扰和交叉影响。波长选择性：高精细度滤波器能够有选择性地通过特定波长的光信号，确保每个通道的波长独立传输，zui大限度地提高传输效率。信号纯净度：通过高精细度滤波器的精确滤波，DWDM系统中的各个通道能够保持高纯度，有效减少了信号失真和传输噪声。光学性能提升：高精细度滤波器的窄线宽提升了系统的光学性能，确保了波长之间的清晰分隔，从而增强了整个DWDM系统的可靠性和稳定性。昊量光电新推出可调谐F-P腔滤波器，可提供高达30000精细度的窄线宽（0.003nm）的调谐滤波，扫频速率10kHz，FSR可达约100nm。此外，昊量光电还提供各类光学滤光器具或者FP标准具，以满足数据通信滤光片解决方案对光学质量、鲁棒性、可靠性和成本敏感性的要求。上海昊量光电可为您提供专业的选型以及技术服务。对于任何产品有兴趣或者有任何问题，都欢迎通过电话、电子邮件或者微信与我们联系。 欢迎继续关注上海昊量光电的各大媒体平台，我们将不定期推出各种产品介绍与技术新闻。相关文献：https://www.spiceworks.com/tech/networking/articles/cwdm-vs-dwdm/更多详情请联系昊量光电/欢迎直接联系昊量光电关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。

激光干涉仪是如何测量位移的？激光干涉仪是一种广泛应用于科学研究、工业制造和精密测量领域的仪器。在科学研究领域，激光干涉仪广泛应用于物理学、化学和生物学等多个学科，为研究人员提供了强大的工具。在工业制造中，激光干涉仪在精密加工、质量控制和自动化生产中发挥着关键作用。激光干涉仪的基本原理是利用激光的干涉效应进行测量和分析。在国际上，有多种常用的激光干涉仪技术，如迈克尔逊干涉仪、法布里-珀罗干涉仪和雅各比干涉仪等。它们在不同领域展现出卓越的性能和应用潜力。法布里-珀罗干涉仪是一种常用的干涉仪，其为基于光学谐振腔原理的干涉仪器。核心是由两平行的反射镜构成的腔体，其中的激光通过多次反射形成谐振，从而形成干涉条纹。该技术在光谱分析、精密测量和光学传感等领域得到广泛应用。图1 法布里-珀罗干涉仪原理图图2 干涉条纹从图1中我们可以看到，面光源置于透镜L1焦平面处，使得不同方向的光束平行射入干涉仪，在P1，P2相向的表面镀有高反膜，因此光束可以在P1，P2平面镜中作来回多次的反射，透射的平行光在通过透镜L2汇聚在其焦平面上形成如图2所示的同心原型的干涉条纹。法布里-珀罗干涉仪的原理为多光束干涉原理。图3 多光束干涉原理示意图由图3我们可以看出，一束振幅为A0的光束以入射角θ0入射，经过多次反射与投射，透射出相互平行的光束。设高反膜的反射率为，因此可得第1束透射光的振幅为，后续依次为由等倾干涉可得，相邻的透射光束的光程差为：由此引起的相位差为：若第1束透射光的初相位为零，因此各光束的相位依次为透射光的振动可以用复数进行表示：我们计算其和振动，其中利用了等比求和公式：其中因此可得：求合振动强度时，针对分式项需要用到他与共轭复数的乘积：因此合振幅的平方为：其中 称为艾里函数，称为精细度，体现出干涉条纹的精细程度。当P为固定值时，A2与相关。当时为zui大，时为zui小。因此越大时，可P见度越显著。图4 不同精细度的艾里函数图目前，激光干涉仪技术正处于不断创新和发展的阶段。随着激光技术、光学器件和信号处理技术的不断进步，激光干涉仪在精密测量、光学成像和光学通信等领域展现出更高的性能和应用潜力。激光干涉仪为了提高测量位移的精确度与稳定性，涉及到激光光源的选择与频率稳定、测距原理、相位解调、空气折射率补偿等多方面方法和技术的综合应用，国内外的研究现状根据测距的基本原理可分为飞行时间法和干涉法两大类。飞行时间法主要根据根据时间间隔的测量原理，通过直接或间接的方法测量发射脉冲与接受脉冲的时间间隔，进而计算目标距离。干涉法量主要包括多波长干涉法、色散干涉法、双光梳干涉法与频率扫描干涉法。多波长干涉法测量距离的原理基于不同波长光在光程差发生变化时引起的干涉现象。这个方法利用了不同波长光的相位变化关系，通过观察干涉条纹的移动来确定测量目标的距离。这种方法在测距应用中具有高精度和灵敏度，尤其在需要非接触和高精度的测量场景下。通过利用不同波长光的特性，多波长干涉法可以实现对目标距离的精确测量。双光梳干涉法是一种使用两个频率非常稳定的光梳来实现高精度测距的方法。这种方法通过比较两个光梳之间的频率差异，从而测量目标的距离。通过观察和分析这些干涉条纹的模式，可以确定两个光梳之间的频率差异。由于频率差与目标距离有直接关系，因此可以通过测量频率差来计算目标的距离。本文将主要介绍频率扫描干涉法。频率扫描干涉法（FSI）也称波长扫描干涉法，是通过激光在已知波长范围内连续扫描，并在扫描过程中对干涉条纹进行无模糊计数实现绝对距离测量的，是真正的绝对、单步的距离测量方法。图5 频率扫描干涉示意图频率扫描干涉法利用频率扫描激光分束后，测量两个干涉仪的光程差的比值。如果两个干涉仪中的一个的光程差是已知的，则可以确定第二干涉仪的光程差。具有已知光程差的干涉仪则被称为参考干涉仪，并且具有假设在长时间内恒定的光程差。光程差未知的干涉仪被称为测量干涉仪，并且假设其光程差也被假设为在扫描期间恒定。斐索干涉仪具有零长度参考臂，因此光程差是干涉仪光学长度的两倍（图3中标记为LR和Lm）。接下来的讨论均关于的光学长度而不是光程差。激光器将其频率从起始频率(νt0)扫描到结束频率(νtn)，并记录两个干涉仪输出强度。干涉仪的输出强度随激光频率和参考干涉仪产生的正弦函数的绝对相位呈正弦变化，由下式给出：其中Φabs, ti, R是参考干涉仪在时间ti的绝对相位，LR是参考干涉计的长度，νti是激光在时间ti时的频率，c是光速。通过扫描开始与扫描结束的时间，计算出相对相位：其中Φ ti, R是在时间ti时参考干涉仪提取的相位，而νt0是扫描开始时的频率。测量干涉仪的提取相位同样由下式给出：其中Φ ti, M是在时间ti时测量干涉仪提取的相位，LM是测量干涉仪的长度。上二式中的提取相位的比率等于长度的比率：因此，如果测量干涉仪和参考干涉仪的长度在扫描期间是恒定的，并且参考干涉仪长度是已知的，则可以确定测量干涉仪长度。而当测量干涉仪在空气中工作时，需要根据空气折射率的影响对测量长度进行校正真实的光学长度。昊量光电代理的德国Qutools公司出品的皮米级激光干涉仪，就基于频率扫描干涉原理进行相对位移测量。通过快速波长扫描，波长扫描速度远大于被测物位移速度，并添加了饱和气室，通过气体吸收线精细控制波长，精度可达图6 quDIS激光干涉仪实物图图7 quDIS激光干涉仪原理示意图此外，根据您的需求，我们还提供了不同型号的传感头，可以应用于不同需求的测试。quDIS为常规情况下的使用提供标准传感器和定焦传感器，同时根据具体的需要以及恶劣环境下的应用，也设计了响应的特殊传感头。图8 部分传感器型号与参数另外，针对在空气环境下测量时，环境中温度、湿度、压强的影响都会导致空气折射率产生变化，zui终影响到相对位移的测量。我们还提供了环境测量补偿模块，可以实时进行环境的温度、湿度、压强的测量，并实时计算出环境的空气折射率，用于补偿相对位移测量。图9 环境补偿模块参数综上，我们以FP干涉仪出发，介绍了现今干涉仪的基本原理，并介绍了我们的quDIS激光干涉仪，若对产品有兴趣，请联系我们。相关文献：[1] Dale J, Hughes B, Lancaster AJ, Lewis AJ, Reichold AJ, Warden MS. Multi-channel absolute distance measurement system with sub ppm-accuracy and 20 m range using frequency scanning interferometry and gas absorption cells.[J] Opt Express. 2014 OCT 6;22(20):24869-93.[2] 张世华.基于飞秒光频梳的正弦相位调制干涉绝对距离测量方法研究[D].浙江理工大学, 2018.[3] 姚启钧.光学教程[M].北京: 高等教育出版社, 1981更多详情请联系昊量光电/欢迎直接联系昊量光电关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。

Lumencor固态光源在材料科学中的应用农业及食品检测 Agriculture and Food Inspection检查食品、饮料及其相关包装需要具备获取和处理图像的能力，以获得有关尺寸、形状、颜色、缺陷和完整性等参数的信息。为此，关键是优化照明强度，均匀性和几何形状，以获得具有良好的对比度和信噪比的显微图像。此外，有机和无机材料的光吸收特性各不相同，这使得为这些应用选择合适的照明波长成为一项挑战。食品在包装之前，必须经过种植和收获。当然，光是植物生长的基础。Lumencor的固态照明技术在应对这些食品检验和质量控制挑战方面处于领xian地位。 常用产品型号 SOLA、AURA、SPECTRA、MAGMA光固化和光刻 Photocuring and Photolithography固态显微镜光源是控制引发光聚合反应的理想光源。光聚合反应是广泛应用的非接触、原位制造和微结构成型技术的基础。大量的光聚合反应通常被称为光固化，而在光刻技术中，空间选择性光聚合是通过遮蔽照明场来实现的。光聚合的程度受光照强度和持续时间的控制。Lumencor的固态照明系统以微秒计时、反馈调节和光输出计量的形式提供精确的照明控制。 常用产品型号 SOLA、RETRA光伏和太阳能 Photovoltaics and Solar Energy人造光源对于光伏器件制造中的性能验证，以及新光伏材料开发中的光电导性和量子效率等特性的表征至关重要。传统上，光伏器件的表征通常采用氙弧灯或卤钨灯来近似太阳光谱。然而，它们的光谱输出不易于控制调整，并且由于其工作寿命也相对较短，长时间(数周至数月)的测试将受到限制。Lumencor的高性能照明器消除了这些限制，并引入了新的功能，例如通过组合多达21个离散固态光源的输出来获得任何所需的光谱分布。 常用产品型号 SOLA、MAGMA、RETRA 质量控制和测试 Quality Control and Testing在质量控制和测试应用中，一致的性能和可靠性是对显微镜照明的基本要求。弧光灯和白炽灯不符合这些要求。并且灯泡的使用寿命有限，每200-2000小时就需要更换和重新校准。此外，不同灯泡的输出功率可能有很大的差异，而且计算机控制操作的能力也非常有限。Lumencor的固态照明技术消除了这些限制，并增加了创新的高性能功能。固态光引擎包含光源阵列，可提供任何所需的光谱分布。这种分布可以通过计算机控制的光源强度调整进一步细化。Lumencor的第三代照明系统是精密的光引擎，集成了板载微处理器，提供校准光输出和实时性能监控。 常用产品型号 SORA、AURA、SPECTRA半导体检测 semiconductor Inspection控制光的空间、光谱和时间特性对于半导体制造中的缺陷分析和设备测试变得越来越重要。显微镜弧光灯和白炽灯受限于有限的使用寿命和缺乏集成到模块化设计框架中的灵活性。仪器设计人员、工程师和制造商正转向Lumencor的固态照明技术，以获得可持续、高性能的解决方案和稳定耐用的制造产品。 常用产品型号 AURA、SPECTRA、MAGMA、RETRA 显微镜 光学显微镜是细胞生物学的一项核心研究技术。然而，它的应用远远不止如此，而是遍及到需要微米尺度结构信息的所有研究、制造和测试领域。光学显微镜包括多种特定的技术，下面列出了其中的一些。Lumencor的固态光引擎在所有这些方面都表现出色。宽场荧光显微镜 是荧光显微镜中zui少专业性也是zui常见的一种。用于显微镜的汞弧光源和金属卤化物光源多年来无处不在，但因其性能不稳定而备受困扰，如今它们已在很大程度上被无汞、清洁和绿色的高性能固态光引擎所取代。固态光源又分为白光输出和选色输出两种。白光光源是汞弧灯和金属卤化物等的直接替代品，具有优越的稳定性，更长的使用寿命，更灵敏的控制特性和更低的运行成本。而可以选择颜色输出的光引擎消除了多色成像方案中机械式滤光片切换的需求，从而实现更快的数据采集。共聚焦显微镜 通过对激发光进行空间限制来提供三维空间信息。因此，与宽场显微镜相比，共聚焦显微镜需要更高的初始光强。因此，在共聚焦显微镜的应用中，激光光源通常比LED更受青睐。超分辨率显微镜 提供20 - 200nm范围内的空间分辨率，超出了宽视场荧光显微镜(~ 200nm)的限制。与共聚焦显微镜一样，需要空间受限的激发光，通常shou选激光光源。透射光学显微镜 通常需要比荧光显微镜更低的光强，因此可以使用更小的被动冷却光源。多年来占主导地位的卤钨灯已经被固态显微镜光源所取代。很大程度上是相同的原因，固态显微镜光源在宽视场荧光显微镜也已经取代了汞弧灯。特别是，固态光源的光谱分布(色温)不随输出光强而变化，这是保持色彩一致性的一个重要优势。暗场显微镜 利用空间滤波排除未散射的光，从而提供样品的散射光图像。在暗场（DF）的照明下，平坦的表面呈现暗色，而裂缝、孔隙和蚀刻边界等特征则会增强。因此暗场照明可以用于检测不透明、未染色材料（如半导体晶圆)中的缺陷。由于照明必须经过空间滤波，因此需要比透射光学显微镜所使用的光源输出强度更高的光源。 常用产品型号 CELESTA、ZIVA、SOLA、AURA、SPECTRA、SPECTRA X、MIRA、RETRA、PEKA、LIDA关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。

xiRAY相机被选为世jie上第1台11mpix微型ct扫描仪一． 简介昊量光电推出的xiRAY11是一款新型大画幅制冷X射线数码相机，可在不影响样品量的情况下实现高空间分辨率。计算机群集选项支持快速扫描和三维重建，在大多数情况下，该功能需要使用多台 电脑 并行重建扫描数据集的时间少于扫描持续时间。横截面图像以高达 8k x 8k 像素的各种格式生成。此款相机被选中 - 在面对面测试中击败了其他X射线相机竞争对手在一场面对面的比赛中，微型CT扫描仪制造商SkyScan（现为布鲁克）选择了我们的xiRAY11相机，而不是竞争的X射线相机，用于其下一代11万像素微型CT扫描仪。这几乎是超级科学用相机微型计算机断层扫描或“micro-CT”是指类似于医院CT（或“CAT”）扫描使用的3D X射线成像系统，但规模要小得多，分辨率大大提高。Micro-CT扫描仪通常用于3D显微镜应用，客户需要物体内部结构的无损、高分辨率3D图像。与典型的显微镜应用或电子显微镜不同，显微CT扫描仪不需要专门或破坏性的样品制备、染色或薄切片 - 单次扫描即可提供高分辨率样品完整内部3D结构的图像，而不会损坏样品。二． 内部结构---里面有什么我们的xiRAY11 是一款 11Mpix、光纤耦合和制冷 X 射线相机，基于 Kodak 的 KAI-11002 传感器。xiRAY11还采用了我们专有的传感器驱动技术CLEANPATH，使xiRAY11能够提供具有14 x 36mm视野的水晶般清晰的24位图像。该相机在全分辨率模式下具有 4 fps 刷新率，在 12x4 像素合并模式下具有 4 fps 刷新率，以及用户可设置的 12μs 至 500 秒曝光时间;所有这些功能都集中在一个尺寸仅为63 x 63 x 40mm的相机模块中。第二种型号称为xiRAY16，分别配备了16 Mpix Kodak的KAI-16000传感器。我们来了，我们看到了，我们扫描了这些xiRAY11特性共同为SkyScan的新型微型CT扫描仪提供了前所未有的分辨率、速度和性能，特别是与竞争的X射线相机中分辨率扫描方法相比。在头对头测试中，xiRAY11 证明，与采用固定光源探测器设计的竞争性微型 CT 系统相比，它可以在中等分辨率下生成比竞争对手快几倍的图像，或者在相同的曝光时间内生成更高分辨率的图像。一． 样品扫描展示 咖啡豆测试来自咖啡豆重建结果的体积渲染，其右前角被数字移除。咖啡豆的三个正交虚拟切片，由以 8 微米各向同性分辨率运行的微型 CT 系统无损重建。Wood sample以 500nm 空间分辨率扫描的木材样品重建结果的体积渲染三个正交虚拟切片显示木材样品中的单个细胞，通过具有 500 纳米各向同性分辨率的微 CT 系统对样品进行了无损可视化检测。四． 总结 我们的xiRAY11是一款新型大画幅制冷X射线数码相机，可在不影响样品量的情况下实现高空间分辨率。计算机群集选项支持快速扫描和重建吞吐量，在大多数情况下，该选项使用多台 PC 并行重建扫描数据集的时间少于扫描持续时间。横截面图像以高达 8k x 8k 像素的各种格式生成。 About SkyScanSkyScan专门从事物体内部微观结构三维无损检测研究系统的开发和制造 - 显微断层扫描或显微CT。基于超过3年的经验，SkyScan能够在1995年建造第1台商用台式微型断层扫描机。如今，SkyScan的标准商用显微断层扫描系统达到了亚微米范围内的空间分辨率。我们后期会更新一些X射线检测的算法，以及更多的应用介绍，请持续关注我们！关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。