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单频激光器（单纵模激光器） 在生物光子和光学测量中的应用 电磁场理论表明，在具有一定边界条件的腔内，电磁场只能存在于一系列分立的本征状态之中。将激光腔内可能存在的电磁场的本征态称为腔的模式，激光模 式。从光子的观点来看，腔的模式也就是腔内可以区分的光子状态，同一模式内的光子具有完全相同的状态。腔内电磁场的空间分布可分解为沿传播方向（轴线方 向）的分布，垂直于传播方向的横截面内的分布。腔模沿腔轴线方向的场分布称为谐振腔的纵模，垂直于腔轴的横截面内的场分布称为谐振腔的横模。当光波在腔镜 上反射时，入射波和反射波会发生干涉，多次往复将发生多光束干涉。为了能在腔内形成稳定振荡，要求光波因干涉而得到加强。多光束干涉理论可知，发生干涉的 条件是：波从某一点出发，经腔内往返一周再回到原来位置时，应与初始出发波同相。激光沿腔的轴线方向形成驻波，不同的驻波有 不同的波节数。由于谐振腔的腔长远大于光波波长，一般波节数具有104~106数量级。所以，一般对纵膜不加以控制的激光器，具有成千上万个不同的纵模。激光的横模，是指光斑的横向能量分布，实际上就是谐振腔所允许的各种光场的横向分布，它要求激光在腔内往返传播，能够保持相对稳定不变。 单频激光器要求激光既是单纵模又是单横模。单频激光器，特点：光束质量好、相干长度长、谱线宽度窄、单色性好，应用：生物光子、光学测量、激光雷达、激光测距、激光遥感、激光医疗、光谱学、光频标准、非线性光学频率变换。通常来说，获得单频激光器的方案主要有以下几种：环形腔、短腔法、腔内插入选模元件、扭转模、预激光、种子注入。 一、生物光子，包括：流式细胞仪、荧光显微镜、生物扫描仪、光镊子、光遗传，主要是建立在激光诱发荧光的基础上，即激光激发荧光染料或生物标记的蛋白质，采用探测器或超灵敏照相机进行分析和成像。 1. 流式细胞仪，主要是测量单个细胞经染色后其成分发出的散射光和荧光，应用：免疫学、生物化学、生物学、肿瘤学、血液学的研究和临床工作。激光器在该仪器中 的作用：激发染色细胞，使其发出特定波长的荧光。常用的激发波长：473nm、488nm、532nm、561nm、633nm。 2. 荧光显微镜，单频激光器非 常适合用于各类荧光显微镜的激发光源，激发被贴上标签的荧光团和荧光试剂，典型应用：共聚焦显微镜，包括：TIRE（全内角反射荧光显微镜）、 FRAP（光脱色恢复技术）、FCS（荧光相关光谱学）、SIM（结构照明显微镜）、PALM（光敏定位显微镜）、STORM（随机光学重建显微镜）、 STED（受激发射损耗显微镜）。 3. 生物光子扫描仪，是一种精确、无感、安全，并且立刻有测量结果的抗氧化剂的测量工具，是预防医学上一项重要的研究工具，主要采用蓝光激光器，包括：氩离子气体激光器、473nm激光、491nm激光器、488nm激光器。 4. 光镊子，是一种利用高聚焦激光光束产生一种吸引和排斥的力，依据折射率的错配去控制和移动电介质物体的生物分析工具。 5. 光遗传，用来研究大脑在出问题时脑神经是如何工作，通过神经中添加的光敏性蛋白质，以及光学技术在大脑中控制神经活动的模式，实现开关、添加、删除等操作。 二、光学测量，包括：拉曼光谱、全息、激光干涉、激光多普勒测速，主要是利用激光器的单频特性、窄线宽、空间相干性、高亮度等特点。 1. 拉曼光谱，是对与入射光频率不同的散射光谱进行分析，得到分子振动、转动的信息，应用：分子结构研究、物质鉴别、物质分析。拉曼光谱仪一般由以下五个部分构成：光源、外光路、色散系统、接收系统、信息处理与显示系统。 2. 全息，依赖于激光的相干长度和单频特性，保证整个曝光时间内实现稳定的干涉，全息图片不仅用于艺术作品的欣赏，也用于安全性和保密性领域中，比如：信用卡、银行票据、实时微测量、3D画面呈现。 3. 激光干涉，是利用激光的相干性来测量物体的平面度等特性，因此系统中的激光器必须要具备长的相干长度和高的稳定性。 4. 激光多普勒测速，利用激光多普勒效应测量物体运动速度的实时测量方法，特点：线性、非接触测量、精度高、动态响应快，激光多普勒测速仪一般分为光路部分和信号处理部分，光路部分一般采用514.5nm、476.5nm、488nm激光器。 www.NewOpto.com |
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Terahertz 太赫兹