调Q纳秒激光器在生物成像领域-光声成像方面的应用

在过去几十年里，一种被称为光声成像（OAI）或光声成像（PAI）的新型生物医学成像模式正从实验室走向临床应用。PAI能够提供结构、血流动力学、功能、氧代谢、基因表达、生物标志物、分子等方面的信息。

光声成像（PAI）是一种新兴的成像方式，用于临床和生物医学研究领域。PAI系统使用传统Q开关的Nd:YAG/OPO（光学参量振荡器）纳秒激光器作为激发源。这些激光器价格昂贵、体积庞大，脉冲重复率低，成像速度有限。

在使用中光声激发脉冲的持续时间需要小于热和应力限制时间[1]。因此，通常使用持续时间为纳秒级的近红外（NIR）/可见光（VIS）激光脉冲来激发组织样本。用于光声成像的传统高能激发激光器价格昂贵、不可便携，并且重复频率低（10-100 Hz）。有限的脉冲重复频率是动态成像（如心跳）的一个问题。这些激光器使得光声成像技术难以广泛引入临床。1064纳米或532纳米Nd:YAG激光器提供了一种经济的选择，但它们的固定波长限制了它们在解剖成像中的应用。

广义上，光声成像系统可以分为：（1）光声层析成像（PAT），（2）光声显微成像（PAM），（3）光声内窥成像（PAE）。

在传统的PAT系统中，Nd:YAG/OPO激光器产生的高能激光束被扩束以均匀照射测试样本，然后通过单元UST的循环旋转来收集样本发出的PA信号。传统PAT系统的示意图如图所示[1]。该系统使用光学参量振荡器和1064 nm/532 nm Nd:YAG泵浦激光器。泵浦源在一秒钟内提供10个脉冲，每个脉冲持续时间为5ns。OPO的信号波长可以在670 ~ 970 nm之间变化。

PAT系统的示意图[1]

尽管传统激光器能够提供高能脉冲，以在光声成像中实现更好的穿透深度，但这些激光器价格昂贵、体积庞大（主动隔振光学平台），无法用于单探测器扫描的高速或实时成像。如果使用此类激光器，通常需要几分钟才能生成一张高质量的体内图像。

同时，在光声显微成像（PAM）中面临相同的问题，PAM是一种新颖的成像技术，用于在体内可视化光学吸收的表层结构，其横向空间分辨率由光学聚焦而非声学检测决定[2]。由于需要扫描照明点，PAM 成像速度受到扫描速度和激光脉冲重复率的限制。不幸的是，具有高重复率、合适的脉冲持续时间和能量的激光器并不广泛可用，而且成本高昂且体积庞大[3]。图2所示为PAM成像系统示意图。该系统采用纳秒脉冲激光器，重复频率为5 kHz至100 kHz。

PAM成像系统示意图[3]

小鼠体内光声成像图片[3]

昊量光电推出“Quantum Light Instruments”公司调Q纳秒激光器及其OPO系列可调高频率宽光谱(210-4300nm)纳秒激光器具有更为可靠、经济且轻便的特点，为客户提供更宽泛的选择空间。

下面对“Quantum Light Instruments”纳秒激光器产品进行详细的介绍：

1.Q1激光器

Q1激光器，其中主要特点为重复频率可调0-10/20/50Hz，激光在10Hz脉冲重复率下可产生高达40mJ的脉冲能量，在50 Hz脉冲重复频率下可产生高达10 mJ的脉冲能量。激光器可以配置为分别从 Nd：YLF 或 Nd：YAG 激光晶体发射1053nm或1064 nm 波长。Q1激光器搭配H1倍频器搭配可产生波段为526.5/532nm,351/355nm，263/266nm,211/213nm单波段光源。

图4为Q1激光器与Q1激光器搭配H1倍频器图片示例。

由于Nd：YLF晶体的热特性，在1053 nm处，激光器可以从单次脉冲到Max脉冲重复率工作，而不会对光束发散度或轮廓产生显着变化。激光束的低发散度允许使用可选的 H1系列谐波发生器模块有效地转换为谐波波长。Q1是一款紧凑、节能、二极管泵浦、风冷、调Q激光器，专为需要高峰值功率脉冲的广泛应用而设计。

2.Q2/Q2HE激光器

Q2激光器，其中主要特点:重复频率固定为10Hz/20Hz/33.3Hz/100Hz/200Hz,激光在10Hz脉冲重复率下可产生高达80mJ的脉冲能量，在100 Hz脉冲重复频率下可产生高达10 mJ的脉冲能量。Q2激光器搭配Hsmart倍频器搭配可产生波段为526.5/532nm,351/355nm，263/266nm,211/213nm单波段光源。

Q2HE激光器，其中主要特点：重复频率固定为10Hz/20Hz/50Hz/100Hz,能够产生比Q2更高的能量，具有高达120 mJ 脉冲能量和/或高达5 W平均输出功率的高质量激光束。Q2HE激光器搭配H-SMART倍频器搭配可产生波段为526.5/532nm,351/355nm，263/266nm,211/213nm单波段光源。

图5为Q2激光器与Q2HE激光器图片示例。

Q2系列二极管泵浦，完全风冷，调Q激光器设计用于需要高峰值功率脉冲的广泛应用。内置同步脉冲发生器，并具有短腔配置，与标准配置相比，在短腔配置中脉冲持续时间可以减少50%。脉冲能量高达60mj时，脉冲峰值功率可达30mw以上。

3.Q-tune/Q-tune G/Q-tune HR/Q-tune IR激光器

Q-TUNE系列激光器，它的主要特点为使用光学参量振荡器（OPO）产生可调波长，线宽窄至6 cm-1。可选的二次谐波发生器将调谐范围扩展到 210-410 nm，线宽窄至12 cm-1。所有激光电子设备都集成到Q-TUNE的外壳中，唯yi的外部模块是电源适配器，提供12 VDC, 20 - 50 W功率(取决于型号)。

除了可调谐的波长输出外，Q-TUNE还提供旁路端口，用于访问泵浦激光束。可根据要求提供的可选扩展，用于监测OPO波长和线宽的紧凑型光谱仪。

	Q-tune	Q-tune G	Q-tune HR	Q-tune IR
Wavelength,nm OPO SH extension	410-2300nm 210-410nm	680-2300nm	750-1800nm 1600-3200nm	1380-4500nm
Build-in pump laser wavelength	1064 or 1053 nm	1064 or 1053 nm	1064 or 1053 nm	1064 or 1053 nm
Pulse repetition rate	10 Hz、33Hz、100Hz	10 Hz、33Hz、100Hz	1-10 kHz、10-100kHz	10 Hz、33Hz、100Hz
Pulse energy	＞8 mJ	＞2 mJ	＞50 uJ	＞1 mJ
Pulse duration	< 5 ns	< 4 ns	5-7 ns	3-4 ns

4.“Quantum Light Instruments”公司调Q纳秒激光器的独特优势

昊量光电推出“Quantum Light Instruments”Nd:YAG和Nd:YLF风冷、无水调Q纳秒激光器，可以在平均功率高达5 W的情况下产生每脉冲能量高达120 mJ的纳秒脉冲。气冷、无水且经济高效的解决方案，适用于广泛的应用，包括PAI、LIBS、LIDAR、TOFS、微机械加工等。

应用领域包括：

光声成像（PAI）

激光诱导荧光(LIBS)

激光打标激光烧蚀

光声成像屏幕修复飞行时间光谱(TOFS)

光致发光(LIF)

闪光光解质谱激光解离(MALDI)

激光脉冲沉积(PLD)

激光雷达

遥感(LIDAR)

审核编辑 黄宇