समय रिज़ॉल्यूशन के लिए पिकोसेकंड स्पंदित सेमीकंडक्टर लेजर

बेकर और हिकल द्वारा डिजाइन और निर्मित - बीएच यूवी से एनआईआर तक तरंग दैर्ध्य में पिकोसेकंड स्पंदित डायोड सेमीकंडक्टर लेजर प्रदान करता है। सभी बीएच पिकोसेकंड स्पंदित सेमीकंडक्टर लेज़र साधारण +12V बिजली आपूर्ति के साथ, या पीसी या लैपटॉप के यूएसबी पोर्ट से उपलब्ध हैं। अन्य विशेषताओं में उच्च पुनरावृत्ति आवृत्तियाँ, छोटी पल्स चौड़ाई, अभूतपूर्व समय और बिजली स्थिरता और बेहद कम विद्युत शोर स्तर शामिल हैं। पूर्ण ड्राइव इलेक्ट्रॉनिक्स को लेजर मॉड्यूल में एकीकृत किया गया है। सभी bh सेमीकंडक्टर लेजर मॉड्यूल सीधे bh TCSPC मॉड्यूल के साथ संगत हैं। इस पृष्ठ पर उत्पादों के विभिन्न अनुप्रयोगों, विशेष रूप से टीसीएसपीसी सिस्टम में, के बारे में अधिक जानें।
अल्ट्राशॉर्ट स्पंदित लेजर के अनुप्रयोग क्या हैं?
अल्ट्राशॉर्ट स्पंदित लेजर के लिए सबसे महत्वपूर्ण अनुप्रयोग क्षेत्रों में से एक फ्लोरोसेंस लाइफटाइम इमेजिंग (एफएलआईएम) की स्कैनिंग इमेजिंग तकनीक है। विशेष रूप से, टीसीएसपीसी-एफएलआईएम तकनीक उच्च पुनरावृत्ति दर पर एक नमूने को स्कैन करने के लिए एक स्पंदित अर्धचालक लेजर से स्पंदित लेजर बीम का उपयोग करने और फिर नमूने से लौटाए गए प्रतिदीप्ति संकेत के एकल फोटॉन का पता लगाने पर आधारित है। प्रत्येक फोटॉन को लेज़र पल्स चक्र में उसके समय और पता लगाने के समय स्कैन किए गए क्षेत्र में लेज़र स्पॉट की स्थिति से निर्धारित किया जाता है। रिकॉर्डिंग प्रक्रिया इन मापदंडों पर एक फोटॉन वितरण बनाती है। परिणाम को पिक्सेल की एक व्यवस्था के रूप में देखा जा सकता है, जिनमें से प्रत्येक में बड़ी संख्या में समय चैनलों पर पूर्ण प्रतिदीप्ति क्षय वक्र होता है।
ऑप्थेलमिक एफएलआईएम स्पंदित लेजर के लिए अनुप्रयोग क्षेत्रों में से एक है। इस एप्लिकेशन के लिए बुनियादी आवश्यकता पिकोसेकंड सेमीकंडक्टर लेजर द्वारा मानव आंख की उत्तेजना है।
सेमीकंडक्टर लेजर द्वारा उत्पन्न किरण को सीधे रोगी की आंख की पुतली में प्रक्षेपित किया जाता है। आंख की पृष्ठभूमि (फंडस) से लौटने वाली प्रतिदीप्ति दो तरंग दैर्ध्य चैनलों में पाई जाती है।
इस प्रकाश को FLIM मॉड्यूल द्वारा कैप्चर किया जाता है, इमेजिंग के दौरान संसाधित और मूल्यांकन किया जाता है। इस तरह से प्राप्त डेटा चिकित्सकों को वर्तमान में उपलब्ध तरीकों की तुलना में प्रारंभिक नेत्र रोग को बहुत तेजी से पहचानने का अवसर प्रदान करता है। इस प्रकार, स्पंदित सेमीकंडक्टर लेजर शीघ्र पता लगाने और उपचार में बहुत मददगार हो सकते हैं, जिससे अंततः रोगियों के जीवन की गुणवत्ता में सुधार होता है।
एलएचबी -104 क्वाड लेजर बॉक्स, जिसे "लेजर-हब" के रूप में भी जाना जाता है, में चार बीडीएस-एसएम लेजर होते हैं। अलग-अलग लेज़रों के बीमों को एकल फ्री-बीम आउटपुट या एकल-मोड फाइबर-युग्मित आउटपुट बनाने के लिए संयोजित किया जाता है। एक बॉक्स में एलएसबी-सी और एलएसबी-सी2 लेजर स्विच बॉक्स के बराबर नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स होते हैं। इसके अलावा, लेजर बॉक्स में तरंग दैर्ध्य मल्टीप्लेक्सिंग इलेक्ट्रॉनिक्स, नियंत्रण सिग्नल इनपुट और टीसीएसपीसी मॉड्यूल सिंक्रनाइज़ेशन सिग्नल आउटपुट शामिल हैं।
बेकर और हिकल विभिन्न प्रयोजनों के लिए लेज़रों की एक विस्तृत श्रृंखला की पेशकश कर सकते हैं। विशेष रूप से दो उदाहरण यहां उल्लेख के लायक हैं:
सिंगल मोड लेजर (बीडीएस-एसएम)
मल्टीमोड लेजर (बीडीएस-एमएम)
अपनी दृश्यमान सीमा के कारण, एसएम और एमएम दोनों लेजर विशेष अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं। इनमें विभिन्न फ़्लोरोफ़ोर्स और अन्य जैविक नमूनों का उत्तेजना शामिल है, जैसा कि नीचे वर्णित है।
पिकोसेकंड स्पंदित अर्धचालक लेजर के दो उदाहरण
बीएच बीडीएल और बीडीएस लेजर लेजर स्कैनिंग माइक्रोस्कोपी अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। उनमें एक तेज़ चालू/बंद नियंत्रण इनपुट होता है जो स्कैनर के बीम फ्लाईबैक के दौरान लेजर को बंद कर देता है और विभिन्न तरंग दैर्ध्य के कई लेजर को मल्टीप्लेक्स करता है।
बीडीएस-एसएम श्रृंखला लेजर
बीडीएस-एसएम लेजर केवल 40 मिमी x 70 मिमी x 120 मिमी मापने वाले छोटे मॉड्यूल हैं। लेज़रों में संपूर्ण ड्राइव इलेक्ट्रॉनिक्स शामिल होते हैं। हमेशा की तरह, वे एक साधारण +12 वी द्वारा संचालित होते हैं। बीडीएस पिकोसेकंड सेमीकंडक्टर लेजर फ्री-बीम और सिंगल-मोड फाइबर आउटपुट दोनों प्रदान करते हैं। पल्स की चौड़ाई लगभग 50 से 90 पीएस है और पल्स पुनरावृत्ति आवृत्ति को 80 मेगाहर्ट्ज, 50 मेगाहर्ट्ज, 20 मेगाहर्ट्ज और सीडब्ल्यू के बीच स्विच किया जा सकता है। इमेजिस
375 एनएम से 785 एनएम तक के सभी विशिष्ट अर्धचालक लेजर तरंग दैर्ध्य उपलब्ध हैं, अन्य तरंग दैर्ध्य भी अनुरोध पर उपलब्ध हैं। बीडीएस लेजर बीडीएल-एसएमएन लेजर के समान ड्राइव सिद्धांत का उपयोग करते हैं। परिणामस्वरूप, अच्छे पल्स आकार के साथ उच्च ऑप्टिकल शक्ति प्राप्त की जा सकती है, जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है। आउटपुट पावर को आंतरिक विनियमन लूप द्वारा स्थिर किया जाता है और तेज़ स्विचिंग सक्षम बनाता है। लेज़र में bh TCSPC मॉड्यूल के लिए एक सिंक्रोनाइज़ेशन आउटपुट और अन्य स्पंदित लेज़रों के साथ सिंक्रोनाइज़ेशन के लिए एक ट्रिगर इनपुट होता है।
बीडीएस-एमएम सीरीज लेजर
बीडीएस-एमएम लेजर बीडीएस-एसएम लेजर का एक मल्टीमोड संस्करण है। तरंग दैर्ध्य संस्करण के आधार पर, 50 मेगाहर्ट्ज पुनरावृत्ति आवृत्ति पर सीडब्ल्यू समकक्ष शक्ति 20 से 50 मेगावाट तक हो सकती है। ज्यादातर मामलों में, पल्स आकार को 10 मेगावाट से अधिक तक टेल और बैकपल्स से मुक्त रखा जाता है। हालाँकि, कुछ समझौते करने पड़े: बिजली की खपत सीमाओं के कारण, एमएम लेजर में निरंतर मोड नहीं होते हैं और प्रकाश को फाइबर में केंद्रित करना मुश्किल होता है। यदि संभव हो, तो बीडीएस-एमएम लेजर का उपयोग फ्री-बीम ऑप्टिक्स के साथ किया जाना चाहिए या, यदि फाइबर युग्मन अपरिहार्य है, तो 200 माइक्रोन या बड़े कोर व्यास वाले मल्टीमोड फाइबर के साथ।
पिकोसेकंड स्पंदित सेमीकंडक्टर लेजर के लिए अधिक विशेष रूप से दिलचस्प अनुप्रयोग और तकनीकें
जैसा कि ऊपर दिखाया गया है, बीएच के पिकोसेकंड स्पंदित सेमीकंडक्टर लेजर के कई फायदे हैं जो अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला को खोलते हैं। इनमें से कुछ को यहां दर्शाया जाएगा।
उत्तेजना तरंग दैर्ध्य मल्टीप्लेक्सिंग के साथ FLIM के लिए पिकोसेकंड स्पंदित अर्धचालक लेजर
FLIM को उत्तेजना तरंग दैर्ध्य मल्टीप्लेक्सिंग के साथ जोड़ा जा सकता है। इस सिद्धांत का FLIM तक विस्तार नीचे दिखाया गया है। विभिन्न तरंग दैर्ध्य पर उत्तेजना कई लेज़रों को मल्टीप्लेक्सिंग (ऑन/ऑफ स्विचिंग) द्वारा या सुपरकॉन्टिनम लेजर के एकोस्टो-ऑप्टिक ट्यूनेबल फ़िल्टर (एओटीएफ) की तरंग दैर्ध्य को स्विच करके महसूस की जाती है। मल्टीप्लेक्सिंग सिग्नल यह दर्शाता है कि कौन सा लेजर (या लेजर तरंग दैर्ध्य) सक्रिय है, टीसीएसपीसी मॉड्यूल के रूटिंग इनपुट को खिलाया जाता है। संकेत उत्तेजना तरंग दैर्ध्य को इंगित करता है।
टीसीएसपीसी मॉड्यूल सामान्य एफएलआईएम अधिग्रहण प्रक्रिया चला रहा है: यह स्कैन किए गए क्षेत्र, फोटॉन समय और उत्तेजना तरंग दैर्ध्य के निर्देशांक पर एक फोटॉन वितरण बनाता है। परिणाम एक डेटासेट है जिसमें व्यक्तिगत उत्तेजना तरंग दैर्ध्य की छवियां शामिल हैं। इसकी व्याख्या एक एकल छवि के रूप में भी की जा सकती है जिसके पिक्सेल में विभिन्न उत्तेजना तरंग दैर्ध्य के लिए कई क्षय वक्र हैं।
चयापचय इमेजिंग के लिए पिकोसेकंड स्पंदित अर्धचालक लेजर
अल्ट्राशॉर्ट स्पंदित लेजर के एक बहुत ही महत्वपूर्ण अनुप्रयोग के उदाहरण के रूप में, मेटाबॉलिक इमेजिंग का उल्लेख यहां किया गया है। यह फोटोब्लीचिंग, फोकस बहाव और संभावित शारीरिक परिवर्तनों के प्रभावों को कम करने के लिए एनएडी (पी) एच और एफएडी की प्रतिदीप्ति जीवनकाल छवियों के एक साथ अधिग्रहण पर आधारित है। इसे लेजर मल्टीप्लेक्सिंग और मल्टीप्लेक्सिंग टीसीएसपीसी द्वारा प्राप्त किया जा सकता है। दो उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य अंतराल में सिग्नल दो समानांतर FLIM चैनलों द्वारा रिकॉर्ड किए जाते हैं। मुख्य घटक bh DCS-120 कन्फोकल स्कैनिंग FLIM प्रणाली है। इस प्रकार, DCS-120 का उपयोग करने वाले मेटाबोलिक FLIM को केवल सही लेजर के उपयोग और सही सेटअप मापदंडों के चयन की आवश्यकता होती है।
निकटवर्ती चित्र मानव मूत्राशय कोशिकाओं का उपयोग करके प्रणाली के प्रदर्शन को दर्शाता है। टीएम छवियां, ए1 छवियां और एफएलआईआरआर छवियां सामान्य और ट्यूमर कोशिकाओं के बीच अंतर कर सकती हैं। मेटाबॉलिक इमेजिंग से प्राप्त डेटा थेरेपी के लिए अमूल्य है।
अल्ट्राशॉर्ट स्पंदित लेज़रों का उपयोग करके सिंक्रनाइज़ FLIM/PLIM
इसके अलावा, पिकोसेकंड स्पंदित सेमीकंडक्टर लेज़र सिंक्रोनाइज़्ड FLIM/PLIM का एक प्रमुख घटक हैं।
अन्य तकनीकों के विपरीत, प्रति फॉस्फोरेसेंस उत्तेजना चक्र में एक नहीं बल्कि कई लेजर पल्स का उपयोग किया जाता है।
FLIM प्रणाली का उत्तेजना लेजर माइक्रोसेकंड या मिलीसेकंड रेंज में चक्रों के साथ संशोधित होता है।
सिस्टम लेजर पल्स चक्र में फोटॉन समय के आधार पर एफएलआईएम छवियां और मॉड्यूलेशन चक्र में समय से पीएलआईएम छवियां उत्पन्न करता है। निकटवर्ती चित्र सिद्धांत को दर्शाता है।
पिकोसेकंड स्पंदित अर्धचालक लेजर और स्थानिक मल्टीप्लेक्सिंग
फैलाना ऑप्टिकल टोमोग्राफी (डीओटी) के लिए तरंग दैर्ध्य मल्टीप्लेक्सिंग और स्थानिक मल्टीप्लेक्सिंग के संयोजन का उपयोग किया जाता है। सिद्धांत नीचे दिए गए चित्र में दर्शाया गया है। कई पिकोसेकंड सेमीकंडक्टर लेजर बीम को एक एकल फाइबर में संयोजित किया जाता है और मल्टीप्लेक्स किया जाता है। संयुक्त लेजर वाला फाइबर फाइबर ऑप्टिक स्विच के इनपुट से जुड़ा होता है या कई फाइबर ऑप्टिक स्विच से जुड़े खंडों में विभाजित होता है। फ़ाइबर स्विच लेज़र प्रकाश (जिसमें स्वयं कई मल्टीप्लेक्स लेज़र तरंग दैर्ध्य होते हैं) को लगातार बड़ी संख्या में फ़ाइबर में मल्टीप्लेक्स करता है जो प्रकाश को विभिन्न नमूना स्थानों पर पहुंचाता है।
नमूने में अन्य स्थानों पर बड़ी संख्या में डिटेक्टरों द्वारा विसरित रूप से प्रसारित प्रकाश को रिकॉर्ड किया जाता है। डिटेक्टर संकेतों को विभिन्न स्रोत स्थानों और लेजर तरंग दैर्ध्य से विभिन्न तरंगरूप मेमोरी ब्लॉकों में रिकॉर्डिंग के लिए "चैनल" इनपुट के साथ समानांतर टीसीएसपीसी मॉड्यूल द्वारा रिकॉर्ड किया जाता है। डिटेक्टर पदों की संख्या बढ़ाने के लिए, सेटअप को राउटर द्वारा बढ़ाया जा सकता है।