《激光原理及应用初步》由会员分享，可在线阅读，更多相关《激光原理及应用初步（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、激光原理及应用初步激光器产生激光当谐振腔中的工作物质通过光、电、或者化学物质的作用后，其原子或分 子由基态跃迁至激发态，通过一定波长的光源照射后可以发生受激辐射而 呈雪崩式光子发射模式，通过谐振腔震荡而形成驻波输出，这种输出光方 向性好，相干性好，习惯上称之为激光。要持续产生激光，必要条件是亚稳态E2和基态E1上能形成粒子发转，其实 就是说，E2能级上有足够多的粒子跃迁回E1能级，然后在极短的时间内基 态的原子或分子能跃迁至高能级以实现连续不断的受激发射。三能级模式四能级模式比较而言，四能级模式对 泵浦源的泵浦效率要求最 低，因此目前几乎所有的 高性能激光器都是采用四 能级模式。单纵膜和多纵膜
2、根据驻波条件可知，相邻两纵膜之间的距离只 与谐振腔长度L和折射率n有关。折射率一定的时候，纵膜数量只与谐振腔长度有 关。比如对氦氖激光器，1米的谐振腔最多有10 个纵膜，而15厘米的谐振腔则只有1个纵膜，即 单纵膜。常见的激光器 固体激光器：红宝石激光器；钇铝石榴石 激光器（1064nm、532nm）；钕玻璃激光 器（1064nm）； 气体激光器：He-Ne激光器（632nm）；二 氧化碳激光器（10600nm）；氮分子脉冲激 光器（337nm）；氩离子激光器（488nm） ；金属蒸汽激光器；准分子激光器 染料激光器：罗丹明、香豆素等。波长一 定范围内可调，且功率可以很大（150W ）。高斯光
3、 通常由稳定谐振腔震荡输出的激光为高斯 光。高阶高斯光根据谐振腔的结构不同可 以分为拉盖尔-高斯光、厄米特-高斯光。厄米特-高斯光（方形共焦腔）拉盖尔-高斯光（球形共焦腔）高斯光聚焦后的焦深和焦点光斑大小对于高阶模的高斯光而言 ，如TEMmn，其光斑尺寸 ：发散角为STED显微镜 利用不同高斯模和受激辐射模式，Hell采用高斯光和一 阶拉盖尔高斯光组合使得一阶拉盖尔高斯光的暗区的荧 光分子点扩散函数受限使得显微镜的分辨率能达到纳米 级别，突破了1873年abbe提出的衍射极限设定。约为 0.61/NA，对于可见光来说，这个数值大概是200nm左 右。STED显微镜的原理先用圆形高斯光激发荧光物
4、质，然后用STED光将已经 激发的荧光物质强行辐射回落到荧光分子高能级基态 ，最后只有中央暗区的荧光分子能发出荧光而被检测 到。能级原理如何产生面包圈STED光 通过螺旋相位片将高斯光转化为一阶拉盖 尔高斯光。实现STED的脉冲调制一般来说，先用激发光 照射样本25-50ps，然后 用STED光照射250ps以 上。具体来说就是在极短时 间内将荧光分子激发， 然后在荧光分子的弛豫 周期时间内打入STED光 将激发的电子受激回落 至基态，因此激发光和 STED光都应该是ps级脉 冲激光。STED光的波长选择 STED光波长理论上应该在发射光谱的红边激发 较好。但是实际操作中比较困难，因为激光器
5、的限制无法自由调制波长。目前已经有白激光耦合STED光调制波长，但是目前的白激光极少 能做到20ps的脉冲时间，本实验室购买的白激 光脉冲时间为150ps，只能对特定的荧光分子 进行STED。 如果STED光波长与激发光相同，那么必须激发 时实现饱和激发，这样的缺点是更加容易发生 光漂白，好处是可以实现激发淬灭使用同一波 长的光。STED显微镜的应用缺点 1、采用点扫描方式，速度慢，很难实时观 测到生物体的动态过程。（已有阵列STED 显微镜，可实现阵列式扫描） 2、价格昂贵。（每台约1500万人民币） 3、维护困难。（脉冲调制、功率调制、光 束合并准直）Lattice light-sheet microscopy: Imaging molecules to embryos at high spatiotemporal resolutionScience 346, (2014);A、格子光结构单元 点阵电场分布B、格子光结构单元 点阵分布（限定函 数 ）C、SLM（空间光调 制器）后光场分布D、SLM后衍射图样E、环形相位板（与 激发目标的后瞳面 耦合） F、后瞳面照明图样G、激发光的xz截面 光场PSF分布H、扫频模式下激发 光的xz截面光场PSF 分布 I、扫频模式下激发 光的点扩散函数SIM（结构光照明） 模式下格子光片照 明光传递函数（OTF ）优化SIM模式下分辨率最高
