虹科技術丨打通固態照明的任督二脈
"哎，小弟，小弟，別走啊。""哇，不得了啊不得了，你有道靈光從天靈蓋噴出來，你知道嘛，年紀輕輕的就有一身橫練的筋骨，簡直百年一見的練武奇才啊，如果有一天讓你打通任督二脈，你還不飛龍上天，正所謂我不入地獄，誰入地獄……""警惡懲奸，維護世界和平這個任務就交給你了，好嘛？""唔！""這本《如來神掌》秘笈是無價之寶，我看與你有緣，收你十塊錢，傳授給你吧！”這個經典對話，充滿了幽默諷刺一邊是為了賣“秘籍”的乞丐混口飯吃一邊是心存正義的小孩天真中二其背后蘊藏的，也是對現代技術的反思我們猶如乞丐，創新猶如奢望且看
?打通固態光源的任督二脈?
(傳統汞弧燈，金屬鹵化物燈大集成，以壽命短、含汞、需長久維護為特點)而不同固態光源有如：
左：CoolLed顯微鏡熒光光源右：X-citeNOVEM 9通道LED照明系統（面向FISH/FURA-2/IR800激發）
蔡司Colibri 7熒光顯微成像LED光源
?虹科固態光引擎然而，要實現這種上述高性能的價值，照明器的輸出必須傳播到顯微鏡的樣品面。可以看到圖1的1,2標記點，我們對連接光引擎和顯微鏡樣品面的光路進行分析，發現這樣不僅能優化儀器性能，也為解決照明問題提供了方案
圖1：虹科固態光引擎與倒置熒光顯微鏡的耦合。黃色標記的位置1-5對應于下面表格中用于光通量檢測的點。綠線表示從準直適配器輸入到樣品平面的光路方向。?當發現樣品面的熒光激發不足時，人們便理所當然的將問題歸咎于使用的激發光源（而且也很常見）。但這種歸因通常是不恰當的，因為事實上，沿路的所有能產生干預的光學元件都可能是起因。所以，要真正解決這個問題，需要對所有將照明輸出轉移到顯微鏡（見圖）上，并可能產生干預從而影響整個系統的光通量的光學元件，進行徹底的檢查。下表展示了從固態光引擎到顯微鏡樣品面的光通量的逐步分析。我們使用10倍物鏡（位置5A）在樣品平面測得的通量對應于15-50 mW/mm2的輻照度水平，很好地落在了寬視場熒光顯微鏡的要求范圍內（1-100 mW/mm2）。
?圖 2:一個相干公司的FieldMax II-TO功率計，連接到一個PM3熱電堆探測器，產生了上述的功率測量結果（精度為±5 mW）。待測光源是虹科SPECTRA X固態光引擎，內部有391/22nm、475/28nm、555/28nm和635/22nm（中心波長/半高寬）的激發濾光片。光引擎的輸出通過一個3mm直徑的液態光波導管和一個Lumencor準直適配器耦合到顯微鏡（Nikon Ti），然后逐次通過Semrock FF409/493/573/652-Di02四分色鏡和10X/0.5 NA或40X/0.75 NA的物鏡引導到樣品平面。對于熒光顯微鏡的應用，在不同波長下產生一定量的熒光發射所需的輻照度都是不一樣的，這是因為熒光發射強度取決于可被熒光團吸收的光子數量，在輻照度恒定的情況下，光子數量隨波長增加而增加。因此，在其他因素保持不變的情況下，用375nm的激發光產生一定的熒光強度水平所需的輻照度是750nm時的兩倍（2×375nm）。因此，在紅色光譜區（635/22nm；見表中最右邊一欄）較低的輻射通量水平在熒光顯微應用中并不沒有看起來那樣有害。盡管表中所示的輻射通量水平對于傳統的寬視場熒光顯微應用來說是綽綽有余的，但確實還存在可改進的地方。這種改進是針對兩個主要的應用要求。首先，要在更短的時間內獲得更多的圖像而不影響信噪比的特性，需要從光源獲得更高的輻射通量，同時縮短相機的曝光時間。第二，許多提高寬視場熒光顯微鏡空間分辨率的技術涉及空間過濾照明。空間濾波產生的損失必須通過增加光源的輸出或改善其與顯微鏡的耦合來補償，或兩者兼而有之。?下面小編羅列一下，依次對光路路徑涉及的元件參考上述優化后的照明效果。又可言為提高固態照明性能的招數，以下便是秘籍核心：——固態光引擎通過使用固態二極管激光光源，而不是本例中使用的虹科SPECTRA X光引擎中的非相干光源，可以實現輸出功率的改進（特別是在輻照度方面）。——光波導使用液態光波導管，可以長距離導光工作，為光引擎對顯微鏡的振動影響提供了隔離，也可以使光源置于遙遠的地方，遠離顯微鏡附近經常擁擠的空間。然而，這些好處是以犧牲光引擎輸出的35-50%為代價的--盡管有一個足夠強大的光引擎，這些損失的重要性可能會得到改善。直徑較大的液體光波導管（例如，直徑是5mm而不是3mm）可以大大增加輻射通量，但這通常也需要重新設計顯微鏡的光路，以便將增加的輻射通量傳播到樣品平面。——準直管適配器與基于消色差透鏡的傳統設計相比，包含復眼透鏡的準直器可以提供卓越的光通量和空間均勻性。——物鏡在倒置熒光顯微鏡中，檢測到的熒光強度與物鏡數值孔徑（NA）的四次方成比例。因此，首選的物鏡是具有最高數值孔徑的，以提供足夠的工作距離。??熒光顯微鏡的照明已經經歷了一個重大的模式轉變。傳統的電弧燈有很多局限性，且它們含有有毒害的汞蒸汽已為不爭的事實。另一方面，傳統的LED也不能滿足人們日漸提高的對光功率的要求。虹科固態光引擎為這些問題提供了高性能的解決方案，當人們發現照明不足不只是唯一問題時，虹科固態光引擎就是一個明智之選。按照上面介紹的分析步驟，我們可以在很大程度上，幫助顯微鏡專家了解照明器與顯微鏡耦合的細節，并在更有信心地解決相關照明問題。希望這也能幫助研究人員最大限度地利用現代固態光引擎所提供的性能。
正文：打通固態照明的任督二脈
Be water, my friend
?打通固態光源的任督二脈?隨著照明技術發展，具有一系列固態技術的復雜光引擎被用于熒光顯微鏡。這些顯微鏡光源的設計克服了汞弧燈和金屬鹵化燈的許多限制，使令人印象深刻的性能遠遠超過了這些早期的照明選擇。固態光引擎為熒光顯微鏡應用提供了高信噪比（SNRs）和分辨率、低檢測限制，以及增強的靈敏度和穩定性；此外，還有高質量的數據手機、壽命和成本效益。
(傳統汞弧燈，金屬鹵化物燈大集成，以壽命短、含汞、需長久維護為特點)而不同固態光源有如：左：CoolLed顯微鏡熒光光源右：X-citeNOVEM 9通道LED照明系統（面向FISH/FURA-2/IR800激發）蔡司Colibri 7熒光顯微成像LED光源?虹科固態光引擎然而，要實現這種上述高性能的價值，照明器的輸出必須傳播到顯微鏡的樣品面。可以看到圖1的1,2標記點，我們對連接光引擎和顯微鏡樣品面的光路進行分析，發現這樣不僅能優化儀器性能，也為解決照明問題提供了方案圖1：虹科固態光引擎與倒置熒光顯微鏡的耦合。黃色標記的位置1-5對應于下面表格中用于光通量檢測的點。綠線表示從準直適配器輸入到樣品平面的光路方向。是誰，在減弱我光
There she stood,in the dim light
?當發現樣品面的熒光激發不足時，人們便理所當然的將問題歸咎于使用的激發光源（而且也很常見）。但這種歸因通常是不恰當的，因為事實上，沿路的所有能產生干預的光學元件都可能是起因。所以，要真正解決這個問題，需要對所有將照明輸出轉移到顯微鏡（見圖）上，并可能產生干預從而影響整個系統的光通量的光學元件，進行徹底的檢查。下表展示了從固態光引擎到顯微鏡樣品面的光通量的逐步分析。我們使用10倍物鏡（位置5A）在樣品平面測得的通量對應于15-50 mW/mm2的輻照度水平，很好地落在了寬視場熒光顯微鏡的要求范圍內（1-100 mW/mm2）。?圖 2:一個相干公司的FieldMax II-TO功率計，連接到一個PM3熱電堆探測器，產生了上述的功率測量結果（精度為±5 mW）。待測光源是虹科SPECTRA X固態光引擎，內部有391/22nm、475/28nm、555/28nm和635/22nm（中心波長/半高寬）的激發濾光片。光引擎的輸出通過一個3mm直徑的液態光波導管和一個Lumencor準直適配器耦合到顯微鏡（Nikon Ti），然后逐次通過Semrock FF409/493/573/652-Di02四分色鏡和10X/0.5 NA或40X/0.75 NA的物鏡引導到樣品平面。對于熒光顯微鏡的應用，在不同波長下產生一定量的熒光發射所需的輻照度都是不一樣的，這是因為熒光發射強度取決于可被熒光團吸收的光子數量，在輻照度恒定的情況下，光子數量隨波長增加而增加。因此，在其他因素保持不變的情況下，用375nm的激發光產生一定的熒光強度水平所需的輻照度是750nm時的兩倍（2×375nm）。因此，在紅色光譜區（635/22nm；見表中最右邊一欄）較低的輻射通量水平在熒光顯微應用中并不沒有看起來那樣有害。盡管表中所示的輻射通量水平對于傳統的寬視場熒光顯微應用來說是綽綽有余的，但確實還存在可改進的地方。這種改進是針對兩個主要的應用要求。首先，要在更短的時間內獲得更多的圖像而不影響信噪比的特性，需要從光源獲得更高的輻射通量，同時縮短相機的曝光時間。第二，許多提高寬視場熒光顯微鏡空間分辨率的技術涉及空間過濾照明。空間濾波產生的損失必須通過增加光源的輸出或改善其與顯微鏡的耦合來補償，或兩者兼而有之。想更亮點，咋整?
Look within
?下面小編羅列一下，依次對光路路徑涉及的元件參考上述優化后的照明效果。又可言為提高固態照明性能的招數，以下便是秘籍核心：——固態光引擎通過使用固態二極管激光光源，而不是本例中使用的虹科SPECTRA X光引擎中的非相干光源，可以實現輸出功率的改進（特別是在輻照度方面）。——光波導使用液態光波導管，可以長距離導光工作，為光引擎對顯微鏡的振動影響提供了隔離，也可以使光源置于遙遠的地方，遠離顯微鏡附近經常擁擠的空間。然而，這些好處是以犧牲光引擎輸出的35-50%為代價的--盡管有一個足夠強大的光引擎，這些損失的重要性可能會得到改善。直徑較大的液體光波導管（例如，直徑是5mm而不是3mm）可以大大增加輻射通量，但這通常也需要重新設計顯微鏡的光路，以便將增加的輻射通量傳播到樣品平面。——準直管適配器與基于消色差透鏡的傳統設計相比，包含復眼透鏡的準直器可以提供卓越的光通量和空間均勻性。——物鏡在倒置熒光顯微鏡中，檢測到的熒光強度與物鏡數值孔徑（NA）的四次方成比例。因此，首選的物鏡是具有最高數值孔徑的，以提供足夠的工作距離。打破桎梏，方能破繭成蝶
Shacklestrenghensincomplacence
??熒光顯微鏡的照明已經經歷了一個重大的模式轉變。傳統的電弧燈有很多局限性，且它們含有有毒害的汞蒸汽已為不爭的事實。另一方面，傳統的LED也不能滿足人們日漸提高的對光功率的要求。虹科固態光引擎為這些問題提供了高性能的解決方案，當人們發現照明不足不只是唯一問題時，虹科固態光引擎就是一個明智之選。按照上面介紹的分析步驟，我們可以在很大程度上，幫助顯微鏡專家了解照明器與顯微鏡耦合的細節，并在更有信心地解決相關照明問題。希望這也能幫助研究人員最大限度地利用現代固態光引擎所提供的性能。
在電影《功夫》里，阿星被火云邪神打得面目全非，幾近消逝。瘋狂的擊打，打通了阿星的任督二脈，方才破繭成蝶，領悟真諦。整棟大樓可因其掌而傾倒。
對待技術正確的態度，得承認競爭者的優勢，反思自我，發展健康的競爭關系。如果每個人執自傲之氣，導致了技術信息的封鎖，心得交流，新的人進不去，舊的人故步自封，堅守孤島，那么未來大概率是畸形的。就如專業角度看，虹科固態光引擎也可作為替代的對象，包括使用的導管和準直適配器。我們推廣自身的技術，努力生存，正如賣秘籍的乞丐。但我們知道，那不是鬧著玩的，而是藏有珍寶的秘籍。隨著我們打通行業專有的任督二脈，再一嘗成功的甘甜。正確審視自我，方能離創新更進一步秘籍不過如此- End --
虹科資訊丨Lumencor"地球日"顯微成像競賽結果公布
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