二次谐波 相位匹配及其实现方法.doc

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1、二次谐波的应用二次谐波成像是近年发展起来的一种三维光学成像技术，具有非线性光学成像所特有的高空间分辨率和高成像深度，可避免双光子荧光成像中的荧光漂白效应。此外二次谐波信号对组织的结构对称性变化高度敏感，因此二次谐波成像对于某些疾病的早期诊断或术后治疗监测具有很好的生物医学应用前景.二次谐波英文名称：secondharmoniccomponent定义：将非正弦周期信号按傅里叶级数展开，频率为原信号频率两倍的正弦分量。SHG的一个必要条件是需要没要反演对称的介质其次是必须满足相位匹配，传播中的倍频光波和不断昌盛的倍频极化波保持了相位的一致性.谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载

2、时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。ＳＨＧ实验装置　ＳＨＧ实验装置按二次谐波信号收集方式可分为　前向和后向，图２为前向和后向二次谐波产生的实　验装置示意图．以图２（ａ）为例：由激光器产生　的角频率为　的入射基频光，经过物镜聚焦到样品　上，产生频率为２　的二次谐波，由另一个高数值　孔径的物镜收集，滤光片（一般为窄带滤光片）滤　掉激发光和可能产生的荧光和其他背景光，再用探　测器件（如ＰＭＴ）和计算机系统进行信号的采集、　存储、分析和显示．　要实现二次谐波　微成像需要对以下因素进行　最优化考虑：超短脉冲激光、高数值孑Ｌ径的显微物　镜、高灵敏度的非解扫面探测器、准相位匹配和

3、具　有高二阶非线性的样品　Ｊ．　激光器：掺Ｔｉ蓝宝石飞秒激光器因具有高重　复频率（８０　ＭＨｚ）和高峰值功率，单脉冲能量低且町在整个近红外区（７００～１　０００　ｎｍ）内连续调　谐，所以是二次谐波显微成像的理想光源．激光的重复频率对ＳＨＧ也有影响，如果提高激发光的重　复频率，激发光的平均功率可相应提高，二次谐波信号也得到增强．物镜：一般情况下，二次谐波主要非轴向发射，即信号收集时必须有一个足够大的数值孑Ｌ径来　有效接收整个二次谐波信号．　滤光片：为保证所收集的信号为二次谐波信　号，必须使用滤光片．一般采用一长波滤光片和窄　带滤光片（带宽１０　ｎｍ）组合以过滤任何干扰信号．　信号收集系统：为尽

4、晕减少二次谐波信号在系　统中的损失，提高系统的探测灵敏度，最好采用非　解扫（ｎｏｎ．ｄｅｓｃａｎｎｅｄ）的信号．信号收集系统中的　主要部件是ＰＭＴ探测器．首先，为收集整个二次　谐波信号，需要探测器的接收面足够宽．其次，对　于由可调谐Ｔｉ：蓝宝石飞秒激光器，要接收的二次　谐波信号处于３５０～５００　ｎｍ波段，故可采用双碱阴　极光电倍增管．由于激发光波长离探测器的响应区　很远，故可有效探Ｎ－－次谐波信号．　除了使用不同的滤光片外，二次谐波显微成像　和双光子激发荧光显微成像在系统结构上是完全兼　容的．已有人成功地将激光扫描共聚焦显微镜改造　成双光子系统　９　，同样，也可以方便的用改造后的　系统进行

5、两者的复合成像二次谐波显微成像技术的发展及其在生物医学中的应用.细胞膜电压的测量对理解细胞信号传递过程有重要作用.使用合适的膜染剂进行标记,通过对染剂分子的二次谐波显微成像,信号强度变化便能反映膜电压的大小.近年来,二次谐波显微成像的一个主要领域,就是发展具有高时空分辨率及高灵敏度的活细胞中横跨膜电压的光学测量方法.ＳＨＧ成像用于膜电压测量　细胞膜电压的测量对理解细胞信号传递过程有　重要作用．使用合适的膜染剂进行标记，通过对染　剂分子的二次谐波显微成像，信号强度变化便能反　映膜电压的大小．近年来，二次谐波显微成像的一　个主要领域，就是发展具有高时空分辨率及高灵敏　度的活细胞中横跨膜电压的光学

6、测量方法．１９９３　年，Ｏ　Ｂｏｕｅｖｉｔｃｈ等人¨　证明，所加电场可强烈地　调制ＳＨＧ强度．１９９９年，Ｐ　Ｊ　Ｃａｍｐａｇｎｏ！ａ等人　则　证明了ＳＨＧ信号随膜电压变化．实验结果表明，　激发波长为８５０　ｎｍ时，ＳＨＧ对膜电压的灵敏度为　１８／１００　ｍＶ，而ＴＰＥＦ只有１０／１００　ｍＶ＿Ｊ　．２００４年，　Ａｎｄｒｅｗ等人进一步研究了苯乙烯基染剂产生的二次　谐波信号对膜电压的敏感性．实验表明，使用８５０　～９　１０　ｎｍ的激发波长，膜染剂ｄｉ－４．ＡＮＥＰＰＳ和ｄｉ４．　ＡＮＥＰＭＰＯＨ使ＳＨＧ对膜电压的敏感度高达２０／１００　ｍＶ，且由于共振增强，使用９５０—９７０　ｎｍ的激发　波

7、长时，敏感度达到４０／１００　ｍＶ　．这些研究结果　进一步巩固了ＳＨＧ在活细胞中膜电压的功能成像　中的重要性．　最近，Ｃｏｒｎｅｌｌ大学的科学家，通过使用一种低　毒性的有机染剂ＤＨＰＥＳＢＰ，对海参神经细胞进行　二次谐波　微成像（如图５），并成功实现了脑组　织巾的电脉冲成像¨　，这对于解渎大脑工作过程，　解释大脑退化疾病如Ａｌｚｈｅｉｍｅｒ’ｓ症等，具有巨大度、高空间分辨率和对生物的低杀伤性特点，为活　体测量