共聚焦顯微鏡（CLSM）是對(duì)各種精密器件及材料表面進(jìn)行微納米級(jí)測(cè)量的檢測(cè)儀器，其“光學(xué)切片” 能力的實(shí)現(xiàn)高度依賴光路中激發(fā)光與發(fā)射光的精準(zhǔn)分離—— 這一功能由主分光裝置主導(dǎo)完成。下文，光子灣科技將系統(tǒng)梳理共聚焦顯微鏡不同主分光裝置的原理與性能，為相關(guān)領(lǐng)域研究提供設(shè)備技術(shù)應(yīng)用參考。

共聚焦顯微鏡為何需要 “分光”？

共聚焦顯微鏡的主分光裝置

共聚焦顯微鏡的照明模式，決定了“分光” 的必要性。根據(jù)光線與樣本的作用方向，可分為三類(lèi)：

透射光照明：樣本處于光源與探測(cè)裝置之間，光線穿透樣本后被接收；

入射光照明：照明光源與探測(cè)裝置位于樣本同側(cè)，光線經(jīng)樣本反射或散射后被探測(cè)；

自發(fā)光觀察：自發(fā)光物體作為樣本無(wú)需外部照明。

共聚焦顯微鏡的熒光成像：入射光從同一側(cè)完成“激發(fā)” 與 “檢測(cè)”，若激發(fā)光與發(fā)射光混雜，會(huì)導(dǎo)致背景噪聲劇增、信號(hào)失真。因此，主分光裝置成為剛需—— 必須實(shí)現(xiàn)激發(fā)光與發(fā)射光的精準(zhǔn)分離，反射激發(fā)光至樣本，同時(shí)透射發(fā)射光至探測(cè)器。

共聚焦顯微鏡的主分光裝置

1.二色鏡

二色鏡的應(yīng)用圖

傳統(tǒng)主流主分光裝置，用于解決早期灰色鏡（平均分光）的信號(hào)損失與激發(fā)光浪費(fèi)，是共聚焦顯微鏡熒光成像的初代核心分光方案。

工作原理

制造工藝：通過(guò)在光學(xué)玻璃基底表面沉積多層薄介質(zhì)材料（如二氧化硅、二氧化鈦），利用不同介質(zhì)的折射率差異產(chǎn)生干涉效應(yīng)；

分光邏輯：按設(shè)計(jì)呈現(xiàn)“高反射激發(fā)光、高透射發(fā)射光” 的交替光譜帶 —— 對(duì)特定波長(zhǎng)的激發(fā)光高反射，確保激光聚焦樣本，對(duì)互補(bǔ)波長(zhǎng)的發(fā)射光高透射，減少信號(hào)損失，適配單一或多種熒光分子的激發(fā)/ 發(fā)射需求。

核心特性

透射效率：發(fā)射光譜區(qū)透射率接近光學(xué)玻璃理論透射極限；

反射帶寬：激發(fā)光反射帶寬通常≤25nm，單一激發(fā)波長(zhǎng)場(chǎng)景下影響可忽略，多激發(fā)帶場(chǎng)景易與發(fā)射光譜重疊；

2.聲光光束分割器

二色鏡（藍(lán)色曲線）和聲光光束分割器（紅色曲線）的透射，箭頭標(biāo)示了激發(fā)縫隙的狹窄程度。相比窄縫，寬縫剪除了更多的熒光發(fā)射信號(hào)。

可突破傳統(tǒng)二色鏡的局限性，是共聚焦顯微鏡實(shí)現(xiàn)靈活、快速、多色成像的升級(jí)方案，也是唯一能與白光激光源耦合的主分光裝置。

工作原理

核心機(jī)制：基于聲光晶體效應(yīng)，向晶體施加特定射頻信號(hào)，形成類(lèi)“動(dòng)態(tài)光柵” 的聲波場(chǎng)，使選定波長(zhǎng)光發(fā)生布拉格偏轉(zhuǎn)，分離激發(fā)光（反射至樣本）與發(fā)射光（透射至探測(cè)器）；

偏振補(bǔ)償：針對(duì)熒光發(fā)射光（非偏振）易分裂問(wèn)題，采用“雙晶體結(jié)構(gòu)”，第一晶體（C1）分裂的偏振光經(jīng)第二晶體（C2）校正后同軸出射，保障光路與成像質(zhì)量。

核心特性

透射效率：晶體覆防反射涂層，發(fā)射光平均透射率高；

波長(zhǎng)靈活性：調(diào)射頻信號(hào)可控制可見(jiàn)光區(qū)任意波長(zhǎng)分光；

切換速度：電子控制適配毫秒級(jí)動(dòng)態(tài)觀測(cè)；

主分光裝置作為共聚焦顯微鏡實(shí)現(xiàn)“光學(xué)切片”的核心，其技術(shù)演進(jìn)始終圍繞著光信號(hào)分離的精準(zhǔn)與效率。傳統(tǒng)的二色鏡以其高穩(wěn)定性與透射率，為基礎(chǔ)熒光成像提供了可靠保障；而創(chuàng)新的聲光光束分割器則憑借其波長(zhǎng)靈活可調(diào)、切換極速以及與白光激光器的無(wú)縫耦合，突破多維成像的局限。理解共聚焦顯微鏡不同分光裝置的特性，是優(yōu)化成像策略、拓展科研邊界的關(guān)鍵。

光子灣3D共聚焦顯微鏡

光子灣3D共聚焦顯微鏡是一款用于對(duì)各種精密器件及材料表面，可應(yīng)對(duì)多樣化測(cè)量場(chǎng)景，能夠快速高效完成亞微米級(jí)形貌和表面粗糙度的精準(zhǔn)測(cè)量任務(wù)，提供值得信賴的高質(zhì)量數(shù)據(jù)。

超寬視野范圍，高精細(xì)彩色圖像觀察

提供粗糙度、幾何輪廓、結(jié)構(gòu)、頻率、功能等五大分析技術(shù)

采用針孔共聚焦光學(xué)系統(tǒng)，高穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

提供調(diào)整位置、糾正、濾波、提取四大模塊的數(shù)據(jù)處理功能

光子灣共聚焦顯微鏡以原位觀察與三維成像能力，為精密測(cè)量提供表征技術(shù)支撐，助力從表面粗糙度與性能分析的精準(zhǔn)把控，成為推動(dòng)多領(lǐng)域技術(shù)升級(jí)的重要光學(xué)測(cè)量工具。

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