高稳定高均匀的多模光纤激发光模块研发

Super resolution fluorescence microscopy depends on the performance of the excitation light; however, commercialized excitation light modules show the lower coupling efficiency, inhomogeneous illumination, and poor stability. We will develop an excitation light module coupled with multimode optical fiber. It keeps stable coupling efficiency via a closed loop position adaptive system, and it uses the method of the “QR code” phase plate and vibrating optical fiber to realize homogeneous illumination. The excitation light module possesses the advantages of high coupling efficiency, ultra stability, homogeneous illumination, simple construction and low cost, and it can be applied to other optical imaging systems that use lasers as excitation light besides STORM.

超分辨荧光成像技术对激发光源的性能有着严苛的要求，而现有商品化激发光模块存在耦合效率低、激发不均、稳定性差的缺点。本项目将研发一种多模光纤耦合的激发光模块，它通过闭环位置自适应系统维持稳定的耦合效率，采用“二维码”式位相板与振荡光纤联用的方法实现光斑匀化。该激发光模块耦合效率高，稳定性强，激发均匀，结构简单且成本较低，不但适用于STORM超分辨成像技术，还可以推广到其它以激光作为激发光源的光学显微成像系统。

在荧光显微成像系统中，激发光源是一个很重要的模块。现有的激发光源多采用单模光纤对合束的激发光进行耦合，耦合效率较低，且单模光纤对于环境的变化比较敏感，由于外界的机械振动或环境温度的起伏，光束位置与光纤端面极易发生偏离，导致耦合效率逐渐降低，以至于无法激发样品的荧光信号，影响实验进度，也增大了系统的维护成本。. 本项目研发了一款具有较高稳定性的、高均匀的激发光模块，可为荧光显微成像系统提供长期稳定的激发光源。激发光模块以多模光纤为媒介进行激光耦合，耦合效率可达60%以上。多模光纤耦合的激光光斑均匀性较差，本项目采用了震荡光纤以及加入位相板的方法，实现光斑的匀化。将激发光模块用于STORM超分辨成像实验，可提供均匀的50m的照明视场，并实现20nm的超分辨率成像。优化了激光耦合光路的机械设计，替换了系统中稳定性较差的元件。优化后的模块在长期（＞6个月）的试用实验中，出光光斑质量基本保持不变，且出光功率未见明显下降，系统具备较高的稳定性，满足荧光显微成像技术对激发光源的要求。. 高稳定高均匀的多模光纤激发光模块的研制，能够为实验人员提供可靠的实验条件，提高实验效率，保证实验进度，降低实验人员在科研项目中激光器采购及系统维护的成本。该激发光源模块不仅可以应用于显微成像领域，也可以应用于光学加工、工业检测等需要以激光器作为光源的技术领域。