技術論文の概要
2光子顕微鏡用超短パルスレーザシステムの選定
TPMの利点を決定づけるのは、レーザ出力時点ではなく、試料到達時点でのパルス幅である。
2光子顕微鏡法は、30年近くの間、100～150 fs／80～100 MHzという励起パルスエンベロープの範囲に留まってきた。これは、10 fs未満のパルスが有益でないからではない （10 fs 未満のパルスは、より深いイメージング、より高い蛍光効率、チューニングを必要としない多蛍光色素励起、光損傷の低減など、確かに有益です）が、レーザと試料の間に光学系を追加するたびにパルスが伸長してしまうためです。 10 fs 未満のパルスが標準的な 63× 対物レンズを通って焦点面に到達する頃には、分散によってレーザが供給したエネルギーの大部分が失われてしまっている。 その結果、ほとんどのライフサイエンス研究所には、チャープミラーによる事前補償を管理する専任のフォトニクスエンジニアがいないため、より安全な 150 fs パルスをデフォルトとして採用し、イメージング深度の上限を受け入れているのが現状です。
本技術論文では、Novanta社のventeon ultra（測定値：5.5 fs未満）、 分散モデリングソフトウェア「venteon vChirp」、DCMチャープミラーセット、およびパルス特性解析・自動圧縮ユニット「d-scan」が、クローズドループシステムとして連携し、標準的な63×、 0.75 NAの対物レンズを介して、試料面において6.4 fs FWHMのパルスを生成する閉ループシステムとして機能する方法を解説しています。このシステムでは、顕微鏡操作者にフォトニクスの専門知識を必要としません。
主なポイントは以下の通りです：
- なぜ10 fs未満のパルスが30年間も専門家の領域にとどまってきたのか――顕微鏡の光学系を通る際の分散が、レーザが提供するパルスを破壊してしまうため
- vChirpとd-scanがどのようにクローズドループを実現するか：ソフトウェアがビームパスをモデル化し、特性評価が試料でのパルスを測定し、自動圧縮がリアルタイムで調整を行う
- 標準的な100 fs Ti:Sapphireレーザーではなく、venteon ultraシステムを指定すべき場合：深部組織イメージング、多蛍光色素励起、光損傷に敏感な生細胞実験
- venteon ultraが実現するもの：<5 fsのトランスフォームリミテッドパルス／<5.5 fsの測定パルス、Ti:サファイアの全発光範囲をカバーする広帯域スペクトル出力
- 実用的なワークフロー：ビームパス光学系をvChirpに入力 → チャープミラースタックを予測 → 試料上でd-scanによる測定 → 自動補正
d-scan自動圧縮ループを含む光路図、 vChirpの背後にある分散モデリングのロジック、および標準対物レンズ使用後の測定された6.4 fs FWHMの結果を含む完全な技術論文をダウンロードしてください。100 fs TPM光源を指定し、補償可能だったはずの分散によって、イメージング深度、コントラスト、および多蛍光色素範囲を制限してしまう前に。
