Nemlineáris mikroszkópia Szipıcs Róbert 1,2 1 MTA 2
Szilá Szilárdtestfizikai és Optikai Kutató Kutatóinté intézet R&D Ultrafast Lasers Kft, Budapest E-mail:
[email protected] www.fslasers.com
Sokszínő Optika Nyári Iskola Szeged, 2011. augusztus 26.
Tartalom
3D mikroszkópiás képalkotási módszerek Lineáris módszerek: Optikai koherencia tomográfia (Optical Coherence Tomography) 2D: fluoreszcancia mikroszkópia 3D: Konfokális fluoreszcancia mikroszkópia (Confocal microscopy) Nemlineáris módszerek: Két- vagy többfoton abszorpciós fluoreszcancia (2P, 3P, stb) Másodharmónikus keltéses (second harmonic generation, SHG) mikroszkópia CARS (Coherent Anti-Stokes Raman Scattering) mikroszkópia 2P FLIM (Fluorescence Lifetime Imaging) mikroszkópia
Orvosi, biológiai, gyógyszeripari alkalmazások in vitro vizsgálatok in vivo vizsgálatok -> Biztonságtechikai szempontok
Biológiai minták károsodása (femtoszekundumos) lézerfény hatására - termikus károsodás lézerparaméterektıl való függése - genetikai károsodás lézerparaméterektıl való függése
Mit vizsgálunk, milyen gerjesztési hullámhosszakon? - természetes fluorofórok (2P, 3P, FLIM) - mesterséges fluorofórok (2P, 3P, FLIM) - SHG-t keltı molekulákat, membránokat - a molekulák rezgési spektrumát (CARS)
Milyen lézert használjunk? az alkalmazott femtoszekundumos lézerrendszerek, azok legfontosabb fizikai paraméterei
Kétfoton abszorpciós fluoreszcencia mikroszkóp felépítése (általában in vitro vizsgálatokhoz)
Nemlineáris mikroendoszkóp felépítése (in vivo vizsgálatokhoz)
Példák a nemlineáris mikroszkópia alkalmazásaira - az idegtudomány, - a gyógyszeripar, és a - az orvosdiagnosztika területén
3D képalkotás elve
3D képalkotás, lineáris módszerek (OCT) Alkalmazások: pl. retina vizsgálata, szív koszorúér diagnosztika
J. Fujimoto et al. Optics Express Vol. 10, No. 7, 8 April 2002
3D képalkotás, lineáris módszerek (OCT) A spektrális interferometria alkalmazása
Normált abszorpció
Normált fluoreszcencia
Fluoreszcencia, fluoreszcencia mikroszkópia
Hullámhossz
Jablonski diagram
•
Tipikus fluoreszcencia élettartam ≈ 1-10 ns
•
Módusszinkronizált lézerek tipikus ismétlési frekvenciája ≈ 100 MHz -> 13 ns
R. Yuste, F. Lanni, A. Konnerth: „Imaging Neurons (A Laboratory Manual)”, Cold Spring Harbor Lab. Press
Mit és hogyan mérünk? • Különbözı sejtalkotók morfológiáját (pl. mitokondriális hálózat, sejtváz, stb. elhelyezkedését a sejten belül), vagy gyógyszerkészítmények eloszlását, bırön keresztül történı bejutását - specifikusan kötött festékekkel, vagy a sejtalkotó maga fluoreszkál (pl. természetes fluorofór, vagy a fehérjébe „beépített” GFP, YFP, stb.) • Fiziológiáját (ion-koncentrációt, pl. idegsejtek esetében Ca2+-, Na+-ion koncentrációt, membránpotenciált feszültségérzékeny festékekkel vagy SHG-vel, kémhatást (pH), metabolikus állapotot)
Kémhatás (pH) mérése
LysoSensor (Molecular Probes)
.
Specifikusan kötött fluorofórok Pl. Alexa festékek a Molecular probes cégnél
http://www.invitrogen.com/site/us/en/home/References/Molecular-Probes-The-Handbook/Technical-Notes-and-Product-Highlights/The-Alexa-Fluor-Dye-Series.html
Specifikusan kötött fluorofórok Pl. Alexa festékek a Molecular probes cégnél
http://www.invitrogen.com/site/us/en/home/References/Molecular-Probes-The-Handbook/Technical-Notes-and-Product-Highlights/The-Alexa-Fluor-Dye-Series.html
Specifikusan kötött fluorofórok Pl. Alexa festékek a Molecular probes cégnél
http://www.invitrogen.com/site/us/en/home/References/Molecular-Probes-The-Handbook/Technical-Notes-and-Product-Highlights/The-Alexa-Fluor-Dye-Series.html
Specifikusan kötött fluorofórok
Alexa Fluor® 488 (Ex-Max 495 nm/Em-Max 519 nm) conjugates are highly photostable and remain fluorescent over a broad pH range. The excitation and emission maxima are nearly identical to those of FITC, however Alexa Fluor® 488 tends to be brighter and more optimal for intracellular applications. Due to nearly identical excitation and emission properties but different spillover characteristics, FITC and Alexa Fluor® 488 cannot be used simultaneously. Alexa Fluor® 488 exhibits extraordinary photostability, which makes it highly suitable for fluorescence
http://www.invitrogen.com/site/us/en/home/References/Molecular-Probes-The-Handbook/Technical-Notes-and-Product-Highlights/The-Alexa-Fluor-Dye-Series.html
Fluoreszcencia mikroszkópia
2D fluoreszcencia mikroszkópia
Fluoreszcencia mikroszkóp felépítése: HBO: nagynyomású higanygız-lámpa (széles spektrum, UV+látható)
2D fluoreszcencia mikroszkópia gerjesztési és emissziós szőrık
www.chroma.com
2D fluoreszcencia mikroszkópia természetes fluorofórok
Lepkeszárnyról fluoreszcencia mikroszkópiával CCD kamerával készített 2D kép az MTA SZFKI-ban
3D képalkotás elve
3D képalkotás konfokális mikroszkóppal egyfotonos gerjesztés
Kétfoton abszorpciós fluoreszcencia Az egy- és a kétfoton abszorpciós fluoreszcencia
Gerjesztés
Fluoreszcencia emisszió
ω/2 Gerjesztés
Fluoreszcencia emisszió
ω ω/2
ω/2
ω
Egyfotonos vs. kétfotonos gerjesztés 2 foton csak a fókusz kis környezetében gerjeszt
3D képalkotás elve
3D fluoreszcencia mikroszkópia természetes fluorofórok
Lepkeszárnyról kétfoton abszorpciós fluoreszcencia mikroszkópiával készített 2D metszetkép (balra) Lepkeszárnyról fluoreszcencia mikroszkópiával CCD kamerával készített 2D kép (jobbra) az MTA SZFKI-ban
A kétfoton mikroszkóppal készített kép sokkal tisztább, részletgazdagabb!
Természetes fluorofórok a bırben kollagén, elasztin
Hans Georg Breunig, Hauke Studier and Karsten König, Opt. Exp. 18, 7857 (2010)
Természetes fluorofórok a bırben kollagén, elasztin, keratin
Természetes fluorofórok a bırben
Hangolható (femtoszekundumos) lézer kell! Hans Georg Breunig, Hauke Studier and Karsten König, Opt. Exp. 18, 7857 (2010)
3D fluoreszcencia mikroszkópia természetes fluorofórok
Harangvirág száráról kétfoton abszorpciós fluoreszcencia kép kép az MTA SZFKI-ban
2D és 3D fluoreszcencia mikroszkópia
LSM 710 MP Axio Examiner kétfoton mikroszkóp az MTA SZFKI-ban (Carl Zeiss)
2D és 3D fluoreszcencia mikroszkópia
Fényutak az LSM 710 MP Axio Examiner kétfoton mikroszkópban (Carl Zeiss)
Kétfoton vs. egyfoton 3D mikroszkópia Fluoreszcencia fény nagy része detektálható!
● Nagymérető fotodetektor (PMT) ● Kis festékkoncentráció kell ● Fotonszámlálásos technika
Kétfoton abszorpciós fluoreszcencia mikroszkópia A pásztázó kétfoton mikroszkópia elve
Módusszinkronizált lézer
IR gerjesztı fény
Szkennelı tükrök (x,y)
Szkenlencse Színszőrı üveg Nanoszekundumos impulzustávolság
Femtoszekundumos impulzusszélesség
Dikroikus tükör
Fotoelektronsokszorozó
PM T Látható fluoreszcens fény
Z-fókusz
Objektív Preparátum
Denk, W., Strickler, J. H. and Webb, W. W. (1990) 2-photon laser scanning fluorescence microscopy. Science 248, 73-76.
Kétfoton abszorpciós fluoreszcencia mikroszkópia
A two-photon and second-harmonic microscope Volodymyr Nikolenko,* Boaz Nemet, and Rafael Yuste Methods 30 (2003) 3–15
Színszőrık a kétfoton mikroszkópiában
BS
BS:
HT 690-1060 nm HR 350-650nm
PMT/ APD
LBF:
HT 350-650nm HR 690-1060 nm
LBF BS: dikroikus nyalábosztó LBF: lézer blokkoló szőrı
Kétfoton vs. konfokális 3D mikroszkópia • Fluoreszcencia gerjesztés hatáskeresztmetszete: 1 fotonos ~10-17 cm2, míg 2 fotonos ~10-50 cm2 s • Kétfoton gerjesztés valószínősége ~ I2 • Hatékony kétfoton gerjesztés feltétele – erısen fókuszált lézernyaláb, nagy NA objektív – módusszinkronizálás; N2f ~ P2 NA4 / τf2 (P teljesítmény, τ impulzus hossz, f ismétlıdési frekvencia)
A kétfotonos gerjesztés következményei a fluoreszcencia mikroszkópiában • λ → ≈ 2·λ; ~ tipikusan 690–1050 nm, NIR tartomány → Szórás (~λ-4) kicsi → Mélyebb behatolást tesz lehetıvé → Kevésbé roncsolja a mintát (ω/2 fotonok) → Könnyebb szétválasztani a gerjesztési és a fluoreszcencia spektrumot → Biológiai minták elnyelése kisebb ezen a tartományon
Optikai ablak: 600..1200 nm
A kétfotonos gerjesztés következményei a fluoreszcencia mikroszkópiában • 2 foton gerjesztés valószínősége ~ I2 ~ 1/z4 (fókusztól való távolság) → Csak a fókusz kis környezetében gerjeszt →Nincs szükség térbeli szőrésre (szórt fény is hasznos jel) → Használható nagy NA objektív → Fluoreszcencia fény nagy része detektálható → Nagy jel/zaj viszony
Példa a kétfotonos gerjesztés másik alkalmazására: fotopolimerizáció kétfotonos gerjesztéssel
Egy Ti:zafír lézer módusszinkronizált, kb. 5mW teljesítményő nyalábját egy 100X-os objektívvel fókuszáltuk SU-8 fotopolimerbe, amely a fókuszban kétfotonos polimerizációval szilárdul meg. A fókuszpontot mozgatva a polimerben tetszıleges 3D alakzatok alakíthatók ki kb. 600nm-es feloldással. Az így készült kereket a hozzá integrált, egyfotonos polimerizációval szilárdított fényvezetı szálból kilépı fény nyomása hozza forgásba. Lehetséges alkalmazás: egymolekula manipuláció. Készült: MTA Szegedi Biológiai Központ Biofizikai Intézet, Szeged Kelemen Lóránd, Valkai Sándor, Dr. Ormos Pál SEM kép: SZTE Növénytani tanszék, Dr. Mihalik Erzsébet S. Kawata et al. NATURE 412:697, 2001 P. Galajda, P. Ormos. APPLIED PHYSICS LETTERS 78:249, 2001
Két-foton abszorpciós fluoreszcencia
Journal of Microscopy, Vol. 208, Pt 2 November 2002, pp. 108–115
Három-foton abszorpciós fluoreszcencia
Természtes sejtalkotók 3 fotonos abszorpciója és fluoreszcenciája
3D imaging by nonlinear microscopy Theory of CARS microscopy
3D imaging by nonlinear microscopy Theory of CARS microscopy
3D imaging by CARS microscopy
3D imaging by nonlinear microscopy FM CARS microscopy
3D imaging by nonlinear microscopy CARS microscopy
3D imaging by nonlinear microscopy CARS microscopy
3D imaging by CARS microscopy
3D imaging by CARS microscopy
3D imaging by nonlinear microscopy LASERS for CARS microscopy
3D imaging by CARS microscopy
3D imaging by FLIM microscopy
Metabolic imaging of the relative amounts of reduced NADH and FAD and the micro environment of these metabolic electron carriers can be used to noninvasively monitor changes in metabolism. Metabolic imaging of the relative amounts of reduced NADH and FAD and themicroenvironment of thesemetabolic electron carriers can be used to noninvasively monitor changes in metabolism,
19494–19499, PNAS, December 4, 2007, vol. 104, no. 49
3D imaging by FLIM microscopy Pump-probe experiments at MTA SZFKI Spectrometer
Ti:S pump laser (λ = 710 - 880 nm; ∆τ = 100 fs)
HR
SHG Ti:S
Piezo control
PC
HR DM
HR
HR
CM
CM
CM
CM
CM
CM
HR HR
SHG OPO
HR HR
HR
P
BS HR Filter
Fiber
HR HR
L
PPLN DM
DM
Delay
HR
Output:
SHG TI:S (λ = 355 - 440 nm; ∆τ = 100 fs) SHG OPO (λ = 520 - 650 nm; ∆τ = 100 fs)
Legends: DM – dichroic mirror; L – lens; Fiber – multimode optical fiber; CM – chirped mirrors; P – piezo translator; PPLN – periodically poled lithium niobate; HR – high reflector; Filter – color filter; SHG – second-harmonic generation; Delay – delay line; BS – beam splitter
3D imaging by FLIM microscopy Pump-probe experiments using lock-in amplifier
3D imaging by FLIM microscopy Development of up-conversion system Development of up-conversion system for time resolved spectroscopy
Sándor Péter: Femtoszekundumos idıfelbontásos lézerspektroszkópiai mérırendszer fejlesztése (Diplomamunka, BME, 2008)
3D imaging by FLIM microscopy Development of up-conversion system Development of up-conversion system for time resolved spectroscopy
Sándor Péter: Femtoszekundumos idıfelbontásos lézerspektroszkópiai mérırendszer fejlesztése (Diplomamunka, BME, 2008)
3D imaging by FLIM microscopy Development of up-conversion system Development of up-conversion system
no SFG signal (τ > 100 fs)
SFG/CARS signal (τ ~ 0 fs)
ωSFG (τ) = ωTiS + ωOPO (τ), where τ is the relative delay Sándor Péter: Femtoszekundumos idıfelbontásos lézerspektroszkópiai mérırendszer fejlesztése (Diplomamunka, BME, 2008)
3D imaging by FLIM microscopy Development of up-conversion system
Sándor Péter: Femtoszekundumos idıfelbontásos lézerspektroszkópiai mérırendszer fejlesztése (Diplomamunka, BME, 2008)
3D imaging by FLIM microscopy Development of up-conversion system at SZBK
A fluoreszcencia up-conversion mérıberendezés sémája Groma Géza (SZBK): FIBERSC2 Projekt, 1. szakmai részbeszámoló (2010)
3D imaging by FLIM microscopy Development of up-conversion system at SZBK
A Malachid green fluoreszcencia kinetika (A) idı- és hullámhossz függésben, (B) idıbeli metszet 510 nm-nél, kék: kísérleti görbe, piros: illesztett modell. Groma Géza (SZBK): FIBERSC2 Projekt, 1. szakmai részbeszámoló (2010)
A BİR TERMIKUS KÁROSODÁSA
Biztonságtechnikai vizsgálatok: Két-foton képalkotás során károsító tényezık lehetnek: - hı- és mechanikai - akusztikai károsító hatások - fotokémiai (intracell. kromofórok két foton excitációja következtében alakul ki, sejtes rendszerekben ez a károsodás teljesen hasonló az UV besugárzás által okozotakkal) Ciklobután-pirimidin dimerek (CPD): - UVB és UVC sugárzás által kiváltott elváltozások: CC > TT és C>T - Kimutatás: IF –technika – Mizuno et al. (1991) elsıdleges antitest: egér TDM-1 (2D Scientific, UK) másodlagos IF antitest: nyúl antitest Alexa 514 (Csertex, HU)
UVB-vel besugarazott egérbır CpD fluoreszcens jelölése Alexa514-el
CPD szigetek kialakulása UV-B fény hatására Haluszka Dóra, SE
A BİR TERMIKUS KÁROSODÁSA
Nonlinear microscopy (2P, SHG, CARS, etc) allows in vivo high-resolution imaging of human skin structure with a penetration depth over 0.1 mm in the optical window (600 to 1300 nm)
The major damage mechanism during two-photon skin imaging is associated with the formation of cavitation at the epidermal-dermal junction, which results in thermal mechanical damage of the tissue
Simple heat diffusion model for skin under femtosecond pulse laser illumination
Minimizing thermal mechanical damage is vital for the use of two-photon imaging in noninvasive optical biopsy of human skin in vivo
THERMAL DAMAGE OF SKIN
The number of photon pairs absorbed per second via twophoton excitation is:
where A is the focused beam area, E is the pulse energy, f is the repetition rate, τ is the pulse duration of the laser
two-photon excitation probability fluorescence intensity is a linear function of pulse repetition rate, and a quadratic function of laser pulse energy
Reduction of repetition rate while keeping average power results in higher fluorescence signal (down to ~4 MHz) ! B. R. Masters, P. T. C. So, C. Buehler, N. Barry, J. D. Sutin, W. W. Mantulin, E. Gratton, "Mitigating thermal mechanical damage potential during two-photon dermal imaging," J. Biomed. Opt. 9, 12651270 (2004).
FLIM ADVANTAGES Sensitive to local environment (e.g., ion concentrations, pH) Detects probes with a low fluorescence quantum yield Can distinguish fluorophores with overlapping emission spectra FREQUENCY DOMAIN MEASUREMENTS USING CW LASERS Cheaper, ns resolution, monoexponential decay -XTIME DOMAIN MEASUREMENTS USING ULTRAFAST LASERS Maximum measurable lifetime (τFL) depends on the repetition rate (frep= 1/T) of the laser system: τFL > 3 * T Expensive laser source due to costly pump laser requirement CAN WE HELP ON THESE PROBLEMS?
Fs lasers for nonlinear microscopy REQUIREMENTS
Broad tuning range in the optical window for efficient 2P excitation Pulse duration should be minimum at the focus of the objective -> precompensation of broadband pulses, or -> pulse duration is set around 150 to 250 fs , which is not sensitive for dispersion of the microscope elements (AO, objective, etc)
Gaussian beam profile Low RMS noise Automatic control, „NoTouch” operation What about cost and repetition rate?
Fs lasers for nonlinear microscopy Ultrabroadband chirped mirrors for broadly tunable fs lasers E.J. Mayer, J. Möbius, A. Euteneuer, W. Rühle, R. Szipıcs: Opt. Lett. 22, 528-530 (1997).
Transmission
1.0
60
Broadband Optics with λ-track Extend the
50
Reach of Multiphoton Microscopy
0.8
40
0.6
30
0.4
20
0.2
10 0
0.0 500
750
1000
-10 1250
Wavelength (nm) Increased reflectivity band and smooth dispersion Over the 680-1060 nm wavelength range.
Femtosecond pulse laser products from R&D Ultrafast Lasers Ltd
FemtoRose 100 TUN Compact, NoTouch (10W pump) Ultrabroadband, ion-beam sputtered chirped mirror set for broad tunability
HR range: 680 to 1060 nm
Reduction of repetition rate by an extended cavity
Aim: to develope a low repetition rate (~20 MHz), tuneable Ti:sapphire laser for nonlinear and FLIM microscopy •• Conventional Conventional lasers lasers have have aa ~~ 80 80 MHz MHz repetition repetition rate rate
20 20 MHz MHz ADVANTAGES: ADVANTAGES: FLIM: FLIM: Measuring Measuring biological biological samples samples containing containing longer longer lifetime lifetime molecules molecules Nonlinear Nonlinear microscopy: microscopy: :: Lower Lower thermal thermal damage damage of of the the sample sample Low Low pump pump threshold: threshold: Lower Lower laser laser cost cost HOW HOW CAN CAN WE WE MAKE MAKE IT? IT?
Hangolható hosszúrezonátoros Ti-zafír lézer
.
Szipıcs R, Antal P, Szigligeti A, Kolonics A; Tunable, Low Repetition Rate, Femtosecond Pulse Ti:Sapphire Laser for In Vivo Imaging by Nonlinear Microscopy; In: OSA: BODA/NTM/OMP/OTA, 2011
Final setup of the long cavity laser
Setup of the long-cavity oscillator. L: pump focusing lens, IC: input coupler mirror, Ti:Sa: titaniumsapphire crystal BRF: birefringent filter for wavelength tuning, P: prism, HCM: Herriott-cell mirror, OC: output coupler, S: slit for hard-aperture Kerr-lens mode-locking.
Final laser setup of the long cavity laser PM
Pump laser SM2
HCM
Ti:Sa
SM1
BRF
PR P1
M4
ffrep = 22,2 MHz rep = 22,2 MHz
M3
M1
P2 M5
S
M2
HCM
Ion-beam sputtered UBCM mirrors
SLIT
0
GDD
2
100,00
Reflektancia (%)
-20
GDD (fs )
hard-aperture Kerr-lens mode-locking
OC
-40 -60 -80 -100
R
99,95
99,90
650 – 1050 nm 99,85
700
800
900
1000
Hullámhossz (nm)
1100
700
800
900
1000
Hullámhossz (nm)
1100
Laser performance of the long cavity laser
Average output power (mW)
350 300 250 200 150 MW OC SW OC
100 50 700
750
800 Wavelength (nm)
850
900
Output power versus wavelength. Two different output couplers were used for short wavelengths (SW OC, crosses) and for longer wavelengths (MW OC, circles). Pump power was between 2.29 and 2.59 W.
Laser performance of the long cavity laser
☺ Nearly transform limited, τFHHW < 300 fs pulses ☺ ~ 22 MHz repetition rate ☺ 170 nm wide tuning range (between 712 nm and 882 nm) ☺ Pump power < 2.6 W ☺ Average output power > 300 mW ☺ Maximum pulse peak power: ~ 49 kW.
22 MHz vs. 76 MHz laser performance in a 2P microscope Sample: fluorescent micro-bead Expected increase in fluorescent signal: Fitting parabolas on measured data
C 22, 2 MHz C 76 MHz
Two-photon
=
76 MHz = 3,45 22,2 MHz 2 C22, 2 MHz ⋅ Pátlag 2 C76 MHz ⋅ Pátlag
(at 800 nm)
excitation
1 δ (λ ) 2 N ∝ ⋅ Pátlag 2 f A τ ism
C
Measured ratio:
C 22, 2 MHz C 76 MHz
C 22, 2 MHz C 76 MHz
= 3,33
= 1,82
Fluoreszcencia jel (rel. egys.)
250
200
22,2 MHz
150
76 MHz
100
50
76 MHz 22,2 MHz
0 200
E. R. Tkaczyk et. al., CLEO 2007, paper CTuP7
Lower Lowerthermal thermalload loadatat 22,2 22,2MHz MHz
400
600
800
1000
Gerjesztés átlagteljesítménye (µW)
1200
Application of the LC laser for 2P imaging of skin
Two-photon examination of murine unhaired dorsal skin by Low Repetition Rate, Femtosecond Pulse (20 MHz) and traditional (76 MHz) Ti:Sapphire Laser. A: Structure of mouse skin: upper covering layer contains keratin up to 30-40 µm depth in normal circumstances; B: 2PF excitation of keratin at 800 nm results in emission in the 450-610 nm range. C, D: Low Repetition Rate, Femtosecond Pulse (22 MHz) Ti:Sapphire Laser resulted in more detailed structural resolution of keratin distribution compared to traditional (76 MHz) Ti:Sapphire Laser. Both lasers detected last trace of keratin around 15 µm depth.
Application of the LC laser for 2P imaging of skin
Examination of Alexa-514 labelled nanoparticle penetration into unhaired mouse dorsal skin by Low Repetition Rate Ti:Sapphire laser after 2 hours. In case of A.P. Nanoparticle and Penetration Enhancer optimal activation of dentitic Langerhans cell was performed. This special pretreatment was omitted in case of A.P. Nanoparticle section, where only nanoparticles suspension was dropped onto the skin surface. Control section was to inform about the basal state of skin autofluorescence after 2PE. The data suggested that nanoparticles penetrated far better in case of Langerhans challenge reaching 60-80 µm depth after 2 hour.
In vivo nonlinear microendoscopy
A Miniature Head-Mounted Two-Photon Microscope: High resolution Brain Imaging in Freely Moving Animals. Neuron, Vol. 31, 903-912, September 27, 2001 F. Helmchen, M.S. Fee, D. W. Tank, W. Denk
Possibility of in vivo imaging in 3D Problem: ps excitation pulses, low efficiency
A diszperzió és a nemlinearitások hatása a femtoszekundumos lézerimpulzusokra
A diszperzió és a nemlinearitások hatása a femtoszekundumos lézerimpulzusokra 40 mW
70 mW
Photonic crystal fibers (PCF) MAIN TYPES • • • •
Hollow core PCF-s Small core area PCF-s Large core area PCF-s Doped PCF-s
NOTE: Problems with using hollow core fibers: Water adsorption in air tubes!
Still total internal reflection!
Photonic crystals in 1D and 2D
20
λ/4 stack mirror at 800 nm
GROUP DELAY (fs)
Substrate (HL)10 H Air 15
10
POSITIVE GDD
ZERO GDD POSITIVE TOD
5
0
NEGATIVE GDD
700
750
800
850
WAVELENGTH (nm)
900
950
Experience with hollow core photonic bandgap fibers DISTORTION FREE DELIVERY AND COMPRESSION BY HOLLOW CORE FIBERS
Development of solid core and hollow core photonic bandgap fibers for fs fiber lasers, amplifiers and fiber OPO-s (FOPO-s)
Z. Várallyay, K. Saitoh, A. Szabó, R. Szipıcs: Photonic bandgap fibers with resonant structures for tailoring the dispersion, Optics Express 17, 11869-11883 (2009)
Development of solid core and hollow core photonic bandgap fibers for fs fiber lasers, amplifiers and fiber OPO-s (FOPO-s)
Z. Várallyay, K. Saitoh, A. Szabó, R. Szipıcs: Photonic bandgap fibers with resonant structures for tailoring the dispersion, Optics Express 17, 11869-11883 (2009)
Development of solid core and hollow core photonic bandgap fibers for fs fiber lasers, amplifiers and fiber OPO-s (FOPO-s)
Z. Várallyay, K. Saitoh, A. Szabó, R. Szipıcs: Photonic bandgap fibers with resonant structures for tailoring the dispersion, Optics Express 17, 11869-11883 (2009)
Development of solid core and hollow core photonic bandgap fibers for fs fiber lasers, amplifiers and fiber OPO-s (FOPO-s)
Z. Várallyay, K. Saitoh, A. Szabó, R. Szipıcs: Photonic bandgap fibers with resonant structures for tailoring the dispersion, Optics Express 17, 11869-11883 (2009)
Development of solid core and hollow core photonic bandgap fibers for fs fiber lasers, amplifiers and fiber OPO-s (FOPO-s)
Z. Várallyay, K. Saitoh, A. Szabó, R. Szipıcs: Photonic bandgap fibers with resonant structures for tailoring the dispersion, Optics Express 17, 11869-11883 (2009)
Solid core photonic crystal fibers • Wavelength conversion by solid core PCF
A new laser CARS system by R&D
Fs lasers for nonlinear microscopy Femtosecond lasers at the MTA SZFKI
FemtoFiber Yb-fiber laser/amplifier R&D Ultrafast Lasers Ltd.
A new CARS laser system at SZFKI
A new CARS laser/microscope system at SZFKI
Honlap: www.fslasers.com
Köszönöm a figyelmet!