光電技術(shù)在激光共聚焦顯微鏡的整合提供了一個(gè)顯著增強(qiáng)的光譜控制適用于各種各樣的熒光研究。聲光可調(diào)諧濾波器（OTF）是一種光學(xué)裝置的功能作為一個(gè)電子可調(diào)諧激發(fā)濾光片同時(shí)調(diào)節(jié)強(qiáng)度和從一個(gè)或多個(gè)源的多波長(zhǎng)激光線。這種類型的設(shè)備，依靠專業(yè)的雙折射晶體的光學(xué)特性的變化的相互作用時(shí)的聲波。在聲波頻率的變化改變了晶體的衍射特性，能夠非?？焖俚牟ㄩL(zhǎng)調(diào)諧，只有聲運(yùn)輸時(shí)間在水晶有限公司。

聲光可調(diào)諧濾波器設(shè)計(jì)的顯微鏡通常由一個(gè)二氧化碲或石英晶體的壓電換能器結(jié)合。響應(yīng)于振蕩射頻應(yīng)用（射頻）電氣信號(hào)，變頻器產(chǎn)生的高頻振動(dòng)（聲波）波傳播到的晶體。交變超聲聲波引起的折射率的周期性分布通過晶體作為透射衍射光柵或布拉格diffracter偏離入射光的一部分轉(zhuǎn)化為一階光束，它是利用顯微鏡（或二階梁當(dāng)入射光非偏振光；見圖1）。改變施加到晶體傳感器信號(hào)的頻率改變折射率的變化，周期，因此，光的波長(zhǎng)，衍射。衍射光束的相對(duì)強(qiáng)度的振幅決定（功率）應(yīng)用于晶體的信號(hào)。

在傳統(tǒng)的熒光顯微鏡的配置，包括許多共焦系統(tǒng)，光譜的激發(fā)和發(fā)射光的濾波是通過利用薄膜干涉濾光片。這些過濾器是在幾個(gè)方面的限制。因?yàn)槊總€(gè)過濾器具有固定的中心波長(zhǎng)和通帶，幾個(gè)過濾器必須被用來提供多光譜成像單色照明，以及衰減的強(qiáng)度控制的光束，和過濾器通常是由一個(gè)旋轉(zhuǎn)炮塔機(jī)械互換機(jī)制。干涉濾光片炮塔和車輪的有限波長(zhǎng)的選擇，振動(dòng)速度較慢的缺點(diǎn)，開關(guān)，和潛在的形象轉(zhuǎn)換。他們也很容易損壞的熱暴露，引起濕度，和強(qiáng)烈的照明，其光譜特性隨時(shí)間變化。此外，過濾器輪利用照明波長(zhǎng)的選擇變得日益復(fù)雜和昂貴的激光被雇用人數(shù)與當(dāng)前的應(yīng)用增加了。

旋轉(zhuǎn)的濾光輪和光學(xué)塊炮塔介紹機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換成的成像和照明系統(tǒng)，因此需要大概50毫秒的阻尼時(shí)間延遲，即使濾波器過渡本身可以更迅速。典型的過濾器更換時(shí)間大大慢于實(shí)踐，然而，范圍在0.1到0.5秒。在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的機(jī)械不精確配準(zhǔn)誤差時(shí)，可以引入順序獲取的彩色圖像進(jìn)行處理。此外，固定的頻譜特性的干擾過濾器不允許不同的熒光團(tuán)的組合優(yōu)化，也不適應(yīng)新的熒光染料，限制的激發(fā)和檢測(cè)的顯微鏡功能的通用性。的聲光可調(diào)諧濾波器，共焦系統(tǒng)介紹克服的濾光輪缺點(diǎn)使快速電子調(diào)諧和從幾個(gè)激光器多條激光線的強(qiáng)度控制。

AOTF操作的基本原理

聲光晶體被定義為是聲波的存在改變的光學(xué)特性。當(dāng)聲波傳播通過這樣的材料，晶格結(jié)構(gòu)交替壓縮和響應(yīng)于振蕩波前放松。負(fù)責(zé)本聲光互作用的基本機(jī)制是眾所周知的光彈功效在整個(gè)晶體的晶格壓縮和稀疏的區(qū)域，表現(xiàn)為周期性的折射率的波動(dòng)可以產(chǎn)生入射光的衍射。雖然聲光可調(diào)諧濾波器的功能類似于一個(gè)衍射光柵，它的行為是不同的，發(fā)生在一個(gè)擴(kuò)展的衍射晶體的體積而不是在一個(gè)平面上，只有有限的頻帶的光譜頻率的影響。在這方面，AOTF執(zhí)行更多的作為一個(gè)帶通濾波器比衍射光柵。傳播的聲波產(chǎn)生的整個(gè)晶體的折射率的周期性調(diào)制，有效地產(chǎn)生一個(gè)移動(dòng)的相位光柵，將部分的入射光，滿足適當(dāng)?shù)南辔黄ヅ溲苌洌ɑ騽?dòng)量匹配）條件。對(duì)于一個(gè)特定的聲波頻率，只有一個(gè)有限的范圍內(nèi)（帶）的光譜頻率滿足相位匹配條件，并成為衍射。不同的射頻驅(qū)動(dòng)壓電換能器的變化的光譜通帶的中心，所需保持的相位匹配條件。選擇適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)頻率可以被調(diào)諧到不同的晶體衍射的特定波長(zhǎng)帶，然后退出晶體在相對(duì)一個(gè)獨(dú)特的角度對(duì)衍射光束。

衍射波長(zhǎng)（S）作為一種應(yīng)用于晶體無線電頻率信號(hào)的功能變化。對(duì)于一組特定的AOTF設(shè)計(jì)參數(shù)（包括晶體材料和幾何），中心波長(zhǎng)（λ）的通帶是由相位匹配確定（和動(dòng)量匹配條件由以下方程定義）：

在前面的方程，V是聲波速度，Δn具有聲光晶體的雙折射，和F是聲波頻率。光波衍射光束傳輸?shù)恼穹菓?yīng)用于晶體的射頻功率成比例的。因此，不同的RF信號(hào)的頻率和功率提供了一種機(jī)制，用于選擇光的AOTF濾波波長(zhǎng)和強(qiáng)度。

在配置中的相互作用的聲學(xué)和光學(xué)波的初始AOTF設(shè)計(jì)中心共線，如圖2所示。在本設(shè)計(jì)中，聲波發(fā)射沿晶體的主軸線，與入射光束通過偏振器和沿晶軸相同的傳播路徑，與聲波共線相互作用（圖2）。光譜波長(zhǎng)的窄帶光為偏振方向的入射光束正交的，并且可以通過輸出偏振器從耦合共線光束分離（分析儀分光器圖2）。如前所述，通帶的中心波長(zhǎng)的相位匹配條件，存在光和射頻信號(hào)頻率之間的確定。

的共線AOTF幾何限制使用一個(gè)類的有限的晶體，而不幸的是，不包括一些最有效的聲光材料。為了充分利用的好處，如二氧化碲材料，并利用幾何是簡(jiǎn)單的制造，配置中的聲學(xué)和光學(xué)波非共線開發(fā)（圖1）。在本設(shè)計(jì)中，窄帶和寬帶光的衍射光入射是分開的，因?yàn)樗麄兺顺鼍w偏振器通過不同的途徑，不需要操作。零級(jí)衍射光束可以由一個(gè)光束阻擋阻擋，而過濾的衍射光束被用于標(biāo)本照明。這種現(xiàn)象稱為聲走如圖1所示的聲群速度和聲學(xué)波法線之間的角度差，方差，是許多聲光器件常見。在一個(gè)共線AOTF配置的意義（圖2），雖然光線的傳播方向與聲波的相速度是由定義的共線，由此產(chǎn)生的聲波的群速度如下一個(gè)稍微不同的角度。

當(dāng)非偏振光入射光束在非共線配置（描述為一個(gè)集中的光錐，圖1），光束的衍射部分包括兩個(gè)空間分離的一階光束，正交極化的。如果輸入光束的AOTF為線偏振光（如用激光源），只有一個(gè)衍射光束退出裝置，其偏振狀態(tài)旋轉(zhuǎn)90度相對(duì)于輸入偏振軸。因?yàn)閮蓚€(gè)正交極化階梁不分開，直到他們離開的晶體，然后在一個(gè)固定的角發(fā)散，衍射角（和由此產(chǎn)生的圖像的空間位置）不隨波長(zhǎng)。在應(yīng)用中，利用非共線AOTF作為可調(diào)諧濾波器，一級(jí)衍射分量允許照射樣品（通常只有一個(gè)衍射輸出被使用），而零階光束受阻。兩個(gè)光束是由幾度分開，這是一個(gè)功能的裝置的設(shè)計(jì)。利用晶體具有較大的雙折射值，這偏轉(zhuǎn)角度（角分離的衍射和衍射光束）的增加，實(shí)現(xiàn)之間的衍射和衍射光束的偏振片充分的分離不使用一個(gè)理想的屬性。由衍射光束被偏轉(zhuǎn)角度至少為二氧化碲晶體系統(tǒng)時(shí)，光束入射角是平行的110。軸（在90度到光軸），并增加了8和9度的相對(duì)于[ 110 ]軸入射角的增加之間的實(shí)際的限制。偏轉(zhuǎn)角度之間發(fā)生的衍射和衍射光束后留下的晶體具有以下關(guān)系對(duì)晶體材料的雙折射：

在上面的表達(dá)式中，θ（i）和θ（d）是角度，相對(duì)于所述光學(xué)軸，入射和衍射光束，分別的。雙折射是由的Δn表示?；诓僮鞯墓簿€模式AOTF設(shè)備，如那些使用石英作為雙折射材料，可以被認(rèn)為是共線設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化的變異與入射角，θ（i）中，90度，和一個(gè)零偏轉(zhuǎn)角。

雖然原則上，各向同性和各向異性的布拉格衍射圖案可以利用的光譜過濾機(jī)制，一個(gè)關(guān)鍵的限制存在于各向同性過濾介質(zhì)的使用，因?yàn)楣庾V通帶的光入射孔徑角的變化，因此良好的準(zhǔn)直光束是必不可少的。角孔徑對(duì)通帶特性的事實(shí)，在入射角的變化產(chǎn)生的動(dòng)量不匹配結(jié)果的影響，導(dǎo)致衍射光束被偏轉(zhuǎn)不同波長(zhǎng)。一個(gè)發(fā)散光束，光學(xué)通帶寬度對(duì)準(zhǔn)直光束，急劇增加，嚴(yán)重限制了該濾波器的實(shí)際孔徑角。

各向異性的聲光濾波器具有一個(gè)很窄的通帶可以在一個(gè)大范圍的入射光束的角度保持實(shí)際優(yōu)勢(shì)。有了這個(gè)設(shè)計(jì)，衍射光束的偏振面旋轉(zhuǎn)90度的相對(duì)衍射光束的偏振方向。因?yàn)橐话阍陔p折射晶體的光折射率的不平等和非凡的經(jīng)歷，聲波傳播方向可選擇的事件引起的群速度和衍射光是共線（下簡(jiǎn)稱非臨界相位匹配）。在這種情況下，由入射光束的角動(dòng)量失配的變化產(chǎn)生的最大雙折射角變化引起的偏移量。由于非臨界相位匹配條件被滿足在一個(gè)大范圍的入射光束的角度，對(duì)非共線AOTF的視場(chǎng)角是比較高的，同時(shí)保持理想的特性，如窄通帶。

對(duì)AOTF的制作材料

在近年來的應(yīng)用利用聲光器件的數(shù)量顯著增加，主要是由于其制造材料的改進(jìn)的發(fā)生發(fā)展。一個(gè)適當(dāng)?shù)牟牧系倪x擇取決于特定設(shè)備的目標(biāo)函數(shù)。例如，磷化鎵具有寬帶聲光偏轉(zhuǎn)器和調(diào)制器的建設(shè)的優(yōu)良特性，但由于其晶體結(jié)構(gòu)是光學(xué)各向同性的，材料是不適合的可調(diào)諧濾波器裝置。具體的一般要求，然而，適用于任何類型的光學(xué)裝置，其中包括高透光率在波長(zhǎng)范圍加以利用，在足夠大的單晶體的可用性，合理的費(fèi)用，除其他因素。評(píng)估材料的性能是一個(gè)因素，稱為聲光的一個(gè)有用的變量圖的優(yōu)點(diǎn)適當(dāng)?shù)亩x，為特定的設(shè)備類型。文獻(xiàn)提出了至少五種不同的表達(dá)式計(jì)算圖的優(yōu)點(diǎn)，采用變量視為特定的設(shè)備功能相關(guān)。參數(shù)通常被認(rèn)為是包括的折射率，密度指數(shù)，聲波速度，帶寬，分辨率（通過各種方法定義的），以及一系列的彈光系數(shù)。必須在AOTF設(shè)計(jì)優(yōu)化的具體變量衍射效率，波長(zhǎng)分辨率，和立體角孔徑。無論該方程用于計(jì)算，任何數(shù)字的優(yōu)點(diǎn)是一般表示為無量綱值歸一化到適當(dāng)確定的絕對(duì)值為石英。

基于它的許多良好的性質(zhì)，以及由此產(chǎn)生的高氧化碲聲光圖的優(yōu)點(diǎn)，是目前首選的AOTF的材料。首次報(bào)道在非共線AOTF操作模式試驗(yàn)示范使用在可見光譜區(qū)中碲晶體進(jìn)行操作。所描述的裝置是可調(diào)諧輸出波長(zhǎng)范圍700至450納米（通帶中心）從100至180兆赫的射頻驅(qū)動(dòng)頻率的變化。過濾后的光束相對(duì)于入射光束的衍射角為6度，近百分之100的入射光被衍射在120毫瓦的功率驅(qū)動(dòng)。

二氧化碲是官能在整個(gè)可見光譜并進(jìn)入紅外高達(dá)約5.5微米的波長(zhǎng)，并且具有短的波長(zhǎng)傳輸截止在約350納米。為了給AOTF可使用的范圍延伸到遠(yuǎn)紫外線或進(jìn)一步到紅外線，另一種材料必須采用。的二氧化碲設(shè)備的初始發(fā)展后，晶狀石英被用來擴(kuò)大工作范圍到紫外線，并進(jìn)一步延伸到紅外區(qū)域已經(jīng)完成與*** - 砷 - 硒結(jié)晶。擴(kuò)大的光譜范圍可達(dá)到與AOTFs主要是由執(zhí)行有效的材料的可用性和在所期望的波長(zhǎng)波段的高透明性的限制。

如前面所討論的，因?yàn)檫m合于共線AOTF的操作模式晶體類的有限數(shù)目的，顯著更多的努力已集中于開發(fā)材料的非共線的設(shè)備。性能規(guī)范文獻(xiàn)中報(bào)道的用于非共線AOTFs采用各種材料，包括二氧化碲，***，砷，硒，和*********在紅外線操作（高達(dá)約11微米的波長(zhǎng)）。 AOTFs用于調(diào)諧在紫外光譜區(qū)已制作由結(jié)晶石英，氟化鎂，和藍(lán)寶石（氧化鋁）。水晶是用于操作在紫外區(qū)的優(yōu)選材料。因?yàn)閮?yōu)點(diǎn)為石英的聲光數(shù)字僅為約0.002的二氧化碲，石英系A(chǔ)OTFs具有較低的衍射效率進(jìn)行，并且需要較高的或許10倍的功率值來驅(qū)動(dòng)射頻換能器，在比較二氧化碲濾波器。

AOTF的功能特點(diǎn)

最常用的AOTF設(shè)計(jì)用于在成像系統(tǒng)中的頻譜控制是基于在非共線方式操作二氧化碲，并且它因此考慮該設(shè)備的某些操作特性，這涉及到它的典型應(yīng)用是有用的。 AOTF的波長(zhǎng)調(diào)諧特性是最重要的，最常見的這些應(yīng)用。動(dòng)量（和相位）匹配條件規(guī)定，選擇用于衍射的波長(zhǎng)是由施加到聲換能器和所得到的聲波頻率的驅(qū)動(dòng)頻率來確定。圖3示出一個(gè)典型的調(diào)諧曲線為二氧化碲的非共線的AOTF在可見光到近紅外光譜范圍內(nèi)。選定的波長(zhǎng)和施加RF頻率之間的調(diào)諧關(guān)系對(duì)兩個(gè)正交極化的輸出光束一般是不同的，并且每個(gè)的特征在于，一個(gè)單獨(dú)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。隨聲波頻率的透射中心波長(zhǎng)減小。的頻率和調(diào)諧波長(zhǎng)變化的近似逆的方式，雖然這是不準(zhǔn)確的，由于這一事實(shí)，即折射率為正常和非常光線的比例也隨波長(zhǎng)而變化。這兩個(gè)輸出光之間的波長(zhǎng)差，從幾納米變化到幾十納米，這取決于設(shè)備的配置。相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)確定的AOTF晶體調(diào)諧關(guān)系是聲波傳播中，相對(duì)于[110]軸與入射光的輸入相對(duì)于所述光軸的，典型地被指定為α，θ（i）的角度，分別為。對(duì)這些設(shè)備的角度的一些組合中，如果入射光被偏振，只有一個(gè)偏振分量滿足非臨界相位匹配條件，而其他表現(xiàn)出與入射光束的角度調(diào)諧的關(guān)系的變化。

聲光可調(diào)諧濾波器是由壓電換能器，它通常是一個(gè)八度或更低的電 - 聲帶寬在其波長(zhǎng)調(diào)諧范圍的限制。這個(gè)值是顯著小于調(diào)諧晶體的光傳輸范圍，并且一些可商購的AOTFs設(shè)置有多個(gè)換能器，被設(shè)計(jì)為不同的帶寬，增加的可調(diào)波長(zhǎng)范圍內(nèi)。 AOTF的極其快速的調(diào)諧速度是其主要優(yōu)點(diǎn)為在顯微鏡的照明控制之一，并且該屬性僅由彈性波的渡越時(shí)間的晶體（相當(dāng)于中轉(zhuǎn)距離由聲速除以）中限定。在非共線裝置中，聲波傳播距離是名義上等于所述光學(xué)孔徑。雖然較高的聲速對(duì)應(yīng)更大的調(diào)諧速度，一些材料的衍射效率，包括二氧化碲，變化為音速的立方成反比。因此，較低的聲波速度規(guī)范可有利地用于器件如AOTFs。為二氧化碲，縱波沿<001>方向上傳播的具有每秒超過400公里的速度，而與此相反，傳播平行于<110>剪力波以每秒約617米異常低的速度行駛。這種AOTF在此“慢剪切模式”操作提供了改進(jìn)的衍射效率，同時(shí)還顯示出小于10微秒調(diào)諧的響應(yīng)時(shí)間。調(diào)諧速度為這種設(shè)計(jì)范圍從幾微秒至幾十取決于孔徑大?。暡▊鞑サ木嚯x）和其它的配置屬性，微秒的典型AOTFs如換能器和其上的晶體放置的特性。

AOTF的波長(zhǎng)切換功能可以被用來提供一種快速可調(diào)光源，其可以在多種模式下，都適用于光學(xué)顯微鏡下操作。單一照明波長(zhǎng)可以按順序被調(diào)諧或隨機(jī)訪問，并且能夠同時(shí)從所述濾波器輸出的多個(gè)波長(zhǎng)。不同于傳統(tǒng)的衍射光柵或棱鏡，交換可以馬上隨機(jī)指定波長(zhǎng)之間進(jìn)行不掃描通過中間波長(zhǎng)。每個(gè)調(diào)諧的波長(zhǎng)通過電子方式切換到對(duì)應(yīng)的RF驅(qū)動(dòng)頻率定向到該裝置的輸出。如果一個(gè)以上的射頻驅(qū)動(dòng)頻率被施加到壓電換能器，該傳播可變聲波能夠同時(shí)衍射多種光波長(zhǎng)。無線電頻率驅(qū)動(dòng)換能器的數(shù)目和相對(duì)功率可以迅速變化，以控制所發(fā)射的光的強(qiáng)度和波長(zhǎng)?？赏瑫r(shí)使用的頻率的數(shù)量是由壓電換能器的功率處理能力來確定，并且通過滿足必要為每個(gè)衍射波長(zhǎng)的最小功率時(shí)的總驅(qū)動(dòng)力的無線電頻率被應(yīng)用之間進(jìn)行分配的要求?；诜枪簿€二氧化碲配置市售AOTFs，在可見光和近紅外光譜范圍內(nèi)工作，通常限制在10至12個(gè)同時(shí)的輸出通道。以繼續(xù)在低功耗AOTFs的發(fā)展技術(shù)的進(jìn)步，可以預(yù)測(cè)，超過100個(gè)可控制的通道將能夠與即將到來的設(shè)備。

一個(gè)可調(diào)諧濾光器的光譜分辨率的定義是在一半最大值處從所選擇的光輸出的主瓣的整個(gè)寬度，并且是兩個(gè)波長(zhǎng)和設(shè)備的配置的功能。一個(gè)典型的AOTF的范圍從幾納米的分辨率（帶通）到幾十納米的可見光和近紅外光譜區(qū)，約三十分之一的普通布喇格衍射的值。影響分辨率的設(shè)計(jì)參數(shù)包括結(jié)晶材料的分散常數(shù)（與雙折射的程度），則入射角，并且聲光相互作用長(zhǎng)度。

根據(jù)目前的理論理事AOTFs的調(diào)諧特性，具有波長(zhǎng)正好滿足相位匹配條件僅光源的衍射光束（S）中被發(fā)送，對(duì)于具有無限大的聲光相互作用長(zhǎng)度的裝置。然而在實(shí)踐中，有限的相互作用長(zhǎng)度的結(jié)果，在濾波器的通帶，它定義了設(shè)備的光譜分辨率的擴(kuò)大。相反，衍射光柵，在一半最大值處的AOTF的透射峰的變化，因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)的平方的函數(shù)的整個(gè)寬度，從而產(chǎn)生可變的帶通。掃描時(shí)，在整個(gè)波長(zhǎng)調(diào)諧范圍，典型的AOTF可見光譜區(qū)域內(nèi)運(yùn)行呈現(xiàn)出帶通規(guī)范的變化大約2?6納米。

在非共線的AOTF設(shè)計(jì)的，如前面所討論的，所施加的RF頻率和衍射的波長(zhǎng)之間的調(diào)諧關(guān)系對(duì)兩個(gè)正交極化的一階光束不同。因此，他們的波長(zhǎng)是不同的，只有一個(gè)符合非臨界相位匹配條件，這是可取的，以便最大限度地考慮到設(shè)備的視場(chǎng)角。在一些需要從AOTF增加輸出強(qiáng)度的應(yīng)用中，有利的是利用結(jié)合衍射輸出。雖然有可能用標(biāo)準(zhǔn)的AOTF選擇輸入入射角相對(duì)于固定的晶軸與聲傳播方向而導(dǎo)致在這兩個(gè)偏振光束的等效調(diào)諧關(guān)系的，這種策略減少了光譜分辨率。特殊用途的二氧化非共線AOTFs碲也已制成具有專門選擇，以產(chǎn)生具有相同的調(diào)諧關(guān)系衍射輸出的設(shè)計(jì)參數(shù)，并與兩個(gè)滿足在近紅外光譜區(qū)的非臨界相位匹配條件。

作為施加于激光掃描共聚焦顯微鏡中，AOTF的最顯著優(yōu)點(diǎn)之一是它的能力來代替更為復(fù)雜和笨重的過濾機(jī)制，用于控制光的傳輸，并施加強(qiáng)度調(diào)制的波長(zhǎng)鑒別的目的。執(zhí)行中的衍射光束的強(qiáng)度和波長(zhǎng)極其快速調(diào)整的能力使AOTF獨(dú)特的控制能力。通過改變?cè)诓煌ㄩL(zhǎng)的照射強(qiáng)度，多個(gè)熒光團(tuán)的反應(yīng)，例如，可以實(shí)現(xiàn)最佳的檢測(cè)和記錄均衡。另外，隨著相位和頻率鎖定技術(shù)的數(shù)字信號(hào)處理器可以被用來從多個(gè)熒光團(tuán)區(qū)分發(fā)射或從背景中提取的低電平信號(hào)。

利用一個(gè)聲光可調(diào)諧濾波器，用于共焦顯微鏡的實(shí)用光源配置方案被示于圖4中三個(gè)激光系統(tǒng)（氦 - 鎘，氬氣和氬氪氣）的輸出被二色反射鏡通過AOTF合并，并指示其中所述第一級(jí)衍射束（綠色）是共線的，并且發(fā)射到單模光纖。的非衍射的激光束（綠色，黃色和紅色）退出的AOTF以不同的角度和由波束停止吸收（未示出）。由每個(gè)激光產(chǎn)生的主要線（波長(zhǎng)）來表示（單位為納米）下的熱和冷鏡。二色鏡反射的波長(zhǎng)比525納米的低，發(fā)射波長(zhǎng)更長(zhǎng)。通過氬 - 氪激光器（568）和（648納米）的產(chǎn)生兩個(gè)較長(zhǎng)波長(zhǎng)的線由熱反射鏡反射，而氬激光（458，476，488，和514納米）的輸出被二色反射鏡反射，并結(jié)合與來自氬 - 氪激光器所發(fā)射的光。從氦 - 鎘激光（442納米）的輸出由冷鏡反射的和結(jié)合的較長(zhǎng)的波長(zhǎng)從其他兩個(gè)激光器，它通過反射鏡發(fā)射。

因?yàn)閺腁OTF晶體的聲學(xué)換能器的快速光響應(yīng)的，聲光相互作用是受突然的轉(zhuǎn)變類似于一個(gè)矩形，而不是正弦波形。這導(dǎo)致在旁瓣中的中央透射峰的任一側(cè)上的聲光可調(diào)濾波器的通帶的發(fā)生。在理想的聲 - 光條件下，這些旁瓣應(yīng)當(dāng)是對(duì)稱的左右中央峰，與具有中央峰的強(qiáng)度為4.7％的第一葉。在實(shí)踐中，旁瓣通常是不對(duì)稱的，并表現(xiàn)出從預(yù)測(cè)的結(jié)構(gòu)等的偏差，在聲光相互作用引起的變化，以及其他因素。為了減少在通帶內(nèi)，以不顯著水平的副瓣，多種類型的彈性波的振幅變跡都采用，包括各種窗函數(shù)，已發(fā)現(xiàn)30到40分貝抑制的最高旁瓣?？稍跍p少與非共線AOTFs旁瓣電平的可使用的一種方法是通過對(duì)換能器的加權(quán)激勵(lì)的手段來應(yīng)用空間變跡。在共線聲光濾波器，采用不同的方法已經(jīng)被使用，它引入了一個(gè)聲脈沖，變跡的時(shí)候，進(jìn)入過濾結(jié)晶。

一個(gè)AOTF的有效線性孔徑由一維聲束的高度和由在其他維度橫跨光學(xué)孔徑的聲衰減（在聲波傳播的距離）的限制。在AOTF晶體內(nèi)所產(chǎn)生的聲束的高度由性能和聲學(xué)換能器的物理特性決定的。在晶體材料如二氧化碲聲衰減正比于聲頻率的平方，并且因此是一個(gè)比較麻煩的限制線性孔徑大小在更短的波長(zhǎng)的可見光范圍內(nèi)，這就需要更高的RF頻率進(jìn)行調(diào)諧。近紅外和紅外輻射產(chǎn)生的，因?yàn)榕c這些較長(zhǎng)波長(zhǎng)的衍射相關(guān)聯(lián)的較低的聲頻率的限制較少的限制。 

單個(gè)聲換能器的最大尺寸是由性能和功率要求除了儀器配置的幾何限制的約束，并AOTF設(shè)計(jì)人員可使用換能器結(jié)合到晶體的陣列，以增加傳播的有效橫向尺寸聲束，并以放大的聲光相互作用的區(qū)域。所需要的驅(qū)動(dòng)功率是在聲光設(shè)計(jì)中最重要的變量之一，并且通常與光學(xué)孔徑和更長(zhǎng)的波長(zhǎng)而增加。相反，聲衰減，這是減少在紅外光譜范圍內(nèi)，以驅(qū)動(dòng)換能器的紅外線AOTFs需要更高的功率是在這些設(shè)備的最大限制之一。高的驅(qū)動(dòng)功率電平導(dǎo)致的晶體，這可能會(huì)導(dǎo)致熱漂移和不穩(wěn)定的濾波器性能的加熱。這是特別的一個(gè)問題時(shí)，聲功率和頻率而變化迅速，大范圍的，和晶體溫度沒有足夠的時(shí)間來穩(wěn)定，產(chǎn)生的折射率瞬態(tài)變化。如果應(yīng)用程序需要的波長(zhǎng)和強(qiáng)度的穩(wěn)定性和可重復(fù)性，在AOTF中應(yīng)保持在一個(gè)恒定的溫度。采取由設(shè)備制造商，以盡量減少此問題的一種方法是將加熱超過環(huán)境溫度的晶體，到一定程度，它是相對(duì)地不受由換能器的驅(qū)動(dòng)功率的附加的熱輸入。另一種解決方案是，房子在一個(gè)熱電的AOTF冷卻外殼，可提供精確的溫度調(diào)節(jié)。持續(xù)發(fā)展努力承諾導(dǎo)致新的材料，可以提供相對(duì)較大的孔相結(jié)合的過濾和未過濾束的有效分離，不使用偏振器，而需要的典型裝置的驅(qū)動(dòng)功率的一小部分。

在非共線的AOTF，其在空間上分離的入射光和衍射光的路徑時(shí)，偏轉(zhuǎn)角（對(duì)角分離衍射和非衍射光束離開晶體）是一個(gè)額外的因素限制了裝置的有效孔徑。如先前所討論的，偏轉(zhuǎn)角為大于對(duì)于具有更大的雙折射晶體，并且確定部分所需的衍射和非衍射光束的足夠的分離的傳播距離離開晶體后發(fā)生。所需的距離增大為較大的入口孔，和該規(guī)定，因?yàn)閷?duì)組件的物理尺寸可以被并入到顯微鏡系統(tǒng)約束對(duì)最大孔徑大小有實(shí)際限制。的孔徑角是關(guān)系到AOTF中，在成像系統(tǒng)中的一個(gè)重要因素的總集光功率，雖然為了實(shí)現(xiàn)全孔徑角而不在非共線的AOTF使用偏光板，其值必須是比偏轉(zhuǎn)角小。 

因?yàn)槁暪饪烧{(diào)諧濾波器是不顯微鏡系統(tǒng)的圖象形成部件（因?yàn)樗ǔ１挥糜谠催^濾），有評(píng)價(jià)的空間分辨率為這種類型的設(shè)備的任何特定方法。但是，聲光可調(diào)濾波器可以限制由于其有限的線性孔徑大小和接受角的成像系統(tǒng)的可達(dá)到的空間分辨率，以相同的方式與其他的光學(xué)部件。根據(jù)瑞利準(zhǔn)則和AOTF的角位移和線孔，可分辨的圖像元素的最大數(shù)量可以被計(jì)算為一個(gè)給定的波長(zhǎng)，使用了極性和方位角的平面不同的表達(dá)式。盡管衍射極限的分辨率可以得到在方位角平面上，分散在AOTF限制在極性面的分辨率，并且必須采取措施來抑制這種因子，以獲得最佳的性能。上波長(zhǎng)的偏轉(zhuǎn)角的依賴性可以產(chǎn)生一種形式的分散體中，當(dāng)在一個(gè)相對(duì)窄的帶寬進(jìn)行調(diào)整，但在涉及操作在寬的光譜范圍內(nèi)的應(yīng)用程序顯著通常是可以忽略的。變化與波長(zhǎng)的偏轉(zhuǎn)角可以在調(diào)節(jié)過程中產(chǎn)生的圖像的變化，在諸如激發(fā)的不同波長(zhǎng)的熒光的比值的成像技術(shù)產(chǎn)生的錯(cuò)誤，并且在其他多光譜的應(yīng)用程序。時(shí)的圖像偏移服從一個(gè)已知的關(guān)系，以波長(zhǎng)，校正可通過數(shù)字處理技術(shù)被應(yīng)用。分散體的其他作用，包括降低的角分辨率，可能會(huì)導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降，如模糊，這需要更復(fù)雜的措施來抑制。

在共聚焦顯微鏡AOTF優(yōu)勢(shì)總結(jié)

綜合考慮，涉及到AOTFs在成像系統(tǒng)中的應(yīng)用程序的操作和性能因素的基本原則，許多這類設(shè)備的光控?zé)晒夤簿劢癸@微鏡的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的。 AOTF中的幾個(gè)好處結(jié)合起來，極大地提高了最新一代的激光共聚焦儀器的多功能性，而這些設(shè)備正在成為流行的激發(fā)波長(zhǎng)范圍和強(qiáng)度的控制越來越多。促進(jìn)所述的AOTF的幾乎每一個(gè)優(yōu)點(diǎn)主要特性是它的能力，以允許在逐個(gè)象素的基礎(chǔ)上的強(qiáng)度和/或照明波長(zhǎng)的顯微鏡控制，同時(shí)保持高的掃描速率。這個(gè)單一特征轉(zhuǎn)化成各種各樣的有用的分析顯微鏡工具，其進(jìn)一步在靈活性增強(qiáng)當(dāng)激光照射時(shí)使用。 

其中最有用的AOTF功能允許的小用戶定義的試樣的區(qū)域（感興趣的通常被稱為區(qū)域; ROI）的選擇，可與任一較大或較小強(qiáng)度被照亮，并在不同的波長(zhǎng)，用于精確控制在漂白工藝，激發(fā)率研究，共振能量轉(zhuǎn)移的調(diào)查，或光譜測(cè)量（參見圖5）。照明強(qiáng)度，不僅可以在選定的區(qū)域可以增加控制的光漂白實(shí)驗(yàn)，但可以衰減在所希望的區(qū)域，以減少不必要的光漂白。當(dāng)該照明區(qū)域是根據(jù)AOTF控制，激光曝光被限制為默認(rèn)的掃描區(qū)域，以及該裝置的非?？焖俚捻憫?yīng)可以被用來檢流計(jì)掃描鏡周期的回掃間隔期間提供光束消隱，從而進(jìn)一步限制了不必要的標(biāo)本暴露。在實(shí)踐中，激發(fā)地區(qū)按徒手畫或使用工具制作所定義的幾何形狀，在電腦顯示器上的圖像覆蓋面通常定義。一些系統(tǒng)允許激光照射來定義任意數(shù)目的樣本區(qū)，激光強(qiáng)度被設(shè)置為不同的電平的每個(gè)區(qū)域中，在強(qiáng)度增量小到了0.1％。當(dāng)AOTF是結(jié)合多個(gè)激光器和軟件，允許連續(xù)觀測(cè)的時(shí)間過程控制，時(shí)間推移實(shí)驗(yàn)可設(shè)計(jì)成獲得在單次實(shí)驗(yàn)中，這可能，例如，被定義為對(duì)應(yīng)于不同的從幾個(gè)不同的區(qū)域的數(shù)據(jù)細(xì)胞器。 

圖5示出了興趣（投資回報(bào)），在激光掃描共聚焦顯微鏡先進(jìn)的熒光應(yīng)用中創(chuàng)建用戶定義的區(qū)域的幾個(gè)例子。在每個(gè)圖像中，投資回報(bào)率都列出了一個(gè)黃色的邊框。在圖5中給出的鼠袋鼠細(xì)胞（PTK2線）（a）的矩形區(qū)域中已被指定為光漂白實(shí)驗(yàn)細(xì)胞質(zhì)的中央部。駐留在這個(gè)區(qū)域的熒光團(tuán)可通過高功率激光強(qiáng)度被選擇性破壞，熒光的后續(xù)恢復(fù)監(jiān)視測(cè)定擴(kuò)散系數(shù)。幾個(gè)徒手的ROI被顯示在圖5（b）所示，其可以是目標(biāo)對(duì)選定的照度或光漂白實(shí)驗(yàn)。 （;麂細(xì)胞與黃色熒光蛋白圖5（c））在共振能量轉(zhuǎn)移（FRET），熒光發(fā)射率可以通過在共聚焦顯微鏡的選定區(qū)域通過觀察漂白在這些方面的受體熒光的效果容易地確定。激光激發(fā)的在選定區(qū)域具有共焦顯微鏡的AOTF控制也是蛋白質(zhì)擴(kuò)散的使用熒光蛋白在光活化的研究調(diào)查是有用的，如圖5（d）所示。此圖像幀呈現(xiàn)在楓蛋白的熒光發(fā)射峰，因?yàn)樗鼜木G色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色的HeLa使用所選照明（黃色方塊）與405納米的藍(lán)紫色激光二極管（人宮頸癌）細(xì)胞。

AOTF的快速強(qiáng)度和波長(zhǎng)切換功能可在每個(gè)激發(fā)波長(zhǎng)可以以平衡各信號(hào)電平，以獲得最佳的成像被分配一個(gè)不同強(qiáng)度的多個(gè)激光線將被執(zhí)行的順序線掃描。從各熒光團(tuán)同時(shí)減少交叉，可以是具有同步多波長(zhǎng)勵(lì)磁用顯著問題個(gè)別的行順序掃描減少信號(hào)采集之間的時(shí)間差（參見圖6）。多個(gè)熒光探針的同步摻入活細(xì)胞已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)非常有價(jià)值的技術(shù)的蛋白質(zhì) - 蛋白質(zhì)相互作用的研究中，與高分子復(fù)合組件的動(dòng)態(tài)特性。的技術(shù)將綠色熒光蛋白（GFP）及其眾多衍生物進(jìn)入細(xì)胞的蛋白合成機(jī)制的細(xì)化已經(jīng)徹底改變了活細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)。用活組織多個(gè)探頭研究的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是必須要獲得完整的多光譜數(shù)據(jù)集的速度不夠快，以減少樣本的運(yùn)動(dòng)和分子的變化，可能扭曲真實(shí)的試樣幾何形狀或事件的動(dòng)態(tài)序列。在AOTF中提供的速度和多功能性，以控制波長(zhǎng)和強(qiáng)度照射多個(gè)樣品的區(qū)域，并同時(shí)或依次掃描各以足夠的速度準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)細(xì)胞過程。 

AOTFs和中性密度濾鏡的應(yīng)用程序來控制激光共聚焦顯微鏡的熒光光譜分離的比較示于圖6。標(biāo)本是貼壁赤麂鹿沾上的Alexa Fluor皮膚成纖維細(xì)胞568結(jié)合到鬼筆環(huán)肽單層培養(yǎng)（目標(biāo)絲狀肌動(dòng)蛋白網(wǎng)絡(luò)）和SYTOX綠色（染色在細(xì)胞核中的DNA）。產(chǎn)生的高激勵(lì)信號(hào)所必需的兩種熒光團(tuán)中性密度濾光片導(dǎo)致顯著量泄流通過SYTOX綠發(fā)射的進(jìn)入的Alexa Fluor568信道（圖6的（a），記下黃核）。 SYTOX綠和Alexa Fluor568之間的共定位的高度在圖6中清楚地示出的散點(diǎn)圖（b）所示。在散點(diǎn)圖兩軸代表SYTOX綠色（橫坐標(biāo)）和的Alexa Fluor568（縱坐標(biāo)）的渠道。為了平衡所必需的激發(fā)功率水平來選擇性地照射每個(gè)熒光團(tuán)具有更大的控制發(fā)光強(qiáng)度的，一個(gè)AOTF被用于選擇性降低SYTOX綠激發(fā)功率（氬離子激光線在488納米）。注意，在隨后的減少滲出，通過如在圖6（c）該細(xì)胞的細(xì)胞核表現(xiàn)為綠色。相應(yīng)的散點(diǎn)圖（圖6（D））表示滲出通過SYTOX綠色的顯著水平降低到的Alexa Fluor568路。 

AOTF的發(fā)展光漂白（FRAP），熒光損失在光漂白（FLIP），以及在局部光活化熒光（解籠鎖）的研究（參見圖5）后，提供了大量的附加的通用性，如熒光恢復(fù)技術(shù)。該FRAP技術(shù)的初衷是測(cè)量熒光標(biāo)記蛋白質(zhì)的細(xì)胞器和細(xì)胞膜擴(kuò)散速率。在以往的FRAP過程，在試樣上的一小點(diǎn)被連續(xù)地照射在低光束的水平和所發(fā)射的熒光進(jìn)行測(cè)定。的照度水平，然后上升到非常高的水平很短的時(shí)間通過快速漂白破壞在被照射的區(qū)域中的熒光分子。后的光強(qiáng)度，返回到原來的低電平時(shí)，熒光被監(jiān)測(cè)，以確定在哪些新的漂白的熒光分子擴(kuò)散到耗盡區(qū)的速率。的技術(shù)中，作為一般使用，已經(jīng)由漂白的區(qū)域，這往往是受衍射限制光斑的固定幾何形狀的限制，并且由具有以機(jī)械方式調(diào)節(jié)的照明強(qiáng)度（使用擋板或檢流計(jì)驅(qū)動(dòng)的組件）。在AOTF中，不僅允許的光強(qiáng)度接近瞬時(shí)切換，但也可以用于選擇性地漂白的不規(guī)則形狀，線，或特定的細(xì)胞器，隨機(jī)指定的區(qū)域，并確定分子轉(zhuǎn)移到該區(qū)域的動(dòng)態(tài)。 

通過使照明光束的幾何形狀和波長(zhǎng)和強(qiáng)度的快速切換的精確控制，在AOTF是顯著增強(qiáng)應(yīng)用的倒裝技術(shù)在測(cè)定某些細(xì)胞蛋白質(zhì)的擴(kuò)散遷移率。這種技術(shù)監(jiān)測(cè)的熒光從連續(xù)點(diǎn)亮局部區(qū)域的損失和熒光團(tuán)從遙遠(yuǎn)的地方到枯竭的網(wǎng)站再分配。獲得的數(shù)據(jù)可在細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞間部件之間的動(dòng)態(tài)相互關(guān)系的確定有助于活組織，并且這種熒光損失研究是由AOTF的控制的顯微鏡照明的能力極大地方便了。 

利用光活化的熒光的方法已在研究中非常有用，例如那些研究中的細(xì)胞過程的鈣離子濃度的作用，但在它的靈敏度一直局限于在小細(xì)胞器或靠近細(xì)胞膜局部區(qū)域的效果。通常，通過被結(jié)合到光敏物質(zhì)失活的熒光物質(zhì)（稱為被籠）是由從隔離罩化合物釋放它們，并允許他們通過熒光突然出現(xiàn)的被跟蹤強(qiáng)光照射激活。利用聲光可調(diào)濾波器的推動(dòng)了這種研究，以評(píng)估高度本地化的過程，如鈣離子動(dòng)員膜附近，因?yàn)樽稣彰饔|發(fā)感興趣的熒光分子的活化（解籠鎖）的精確快速控制可能的改進(jìn)。 

由于AOTF中的功能，在不使用移動(dòng)的機(jī)械部件的，以電子方式控制的波長(zhǎng)和多個(gè)激光器的強(qiáng)度，大的通用性被設(shè)置為外部控制和帶的顯微鏡實(shí)驗(yàn)等方面的激光照射的同步。當(dāng)共聚焦儀器配有一個(gè)控制器模塊具有輸入和輸出觸發(fā)端子，激光強(qiáng)度水平可以連續(xù)地監(jiān)測(cè)和記錄，并且所有的激光功能的操作可以被控制與其他試驗(yàn)樣品的測(cè)量，自動(dòng)化顯微鏡載物臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，以協(xié)調(diào)，連續(xù)的慢速錄制，以及任何數(shù)量的其他操作。