一文读懂共聚焦显微镜的主分光装置

共聚焦显微镜（CLSM）是对各种精密器件及材料表面进行微纳米级测量的检测仪器，其“光学切片” 能力的实现高度依赖光路中激发光与发射光的精准分离—— 这一功能由主分光装置主导完成。下文，光子湾科技将系统梳理共聚焦显微镜不同主分光装置的原理与性能，为相关领域研究提供设备技术应用参考。

共聚焦显微镜为何需要 “分光”？

共聚焦显微镜的主分光装置

共聚焦显微镜的照明模式，决定了“分光” 的必要性。根据光线与样本的作用方向，可分为三类：

透射光照明：样本处于光源与探测装置之间，光线穿透样本后被接收；

入射光照明：照明光源与探测装置位于样本同侧，光线经样本反射或散射后被探测；

自发光观察：自发光物体作为样本无需外部照明。

共聚焦显微镜的荧光成像：入射光从同一侧完成“激发” 与 “检测”，若激发光与发射光混杂，会导致背景噪声剧增、信号失真。因此，主分光装置成为刚需—— 必须实现激发光与发射光的精准分离，反射激发光至样本，同时透射发射光至探测器。

共聚焦显微镜的主分光装置

1.二色镜

二色镜的应用图

传统主流主分光装置，用于解决早期灰色镜（平均分光）的信号损失与激发光浪费，是共聚焦显微镜荧光成像的初代核心分光方案。

工作原理

制造工艺：通过在光学玻璃基底表面沉积多层薄介质材料（如二氧化硅、二氧化钛），利用不同介质的折射率差异产生干涉效应；

分光逻辑：按设计呈现“高反射激发光、高透射发射光” 的交替光谱带 —— 对特定波长的激发光高反射，确保激光聚焦样本，对互补波长的发射光高透射，减少信号损失，适配单一或多种荧光分子的激发/ 发射需求。

核心特性

透射效率：发射光谱区透射率接近光学玻璃理论透射极限；

反射带宽：激发光反射带宽通常≤25nm，单一激发波长场景下影响可忽略，多激发带场景易与发射光谱重叠；

2.声光光束分割器

二色镜（蓝色曲线）和声光光束分割器（红色曲线）的透射，箭头标示了激发缝隙的狭窄程度。相比窄缝，宽缝剪除了更多的荧光发射信号。

可突破传统二色镜的局限性，是共聚焦显微镜实现灵活、快速、多色成像的升级方案，也是唯一能与白光激光源耦合的主分光装置。

工作原理

核心机制：基于声光晶体效应，向晶体施加特定射频信号，形成类“动态光栅” 的声波场，使选定波长光发生布拉格偏转，分离激发光（反射至样本）与发射光（透射至探测器）；

偏振补偿：针对荧光发射光（非偏振）易分裂问题，采用“双晶体结构”，第一晶体（C1）分裂的偏振光经第二晶体（C2）校正后同轴出射，保障光路与成像质量。

核心特性

透射效率：晶体覆防反射涂层，发射光平均透射率高；

波长灵活性：调射频信号可控制可见光区任意波长分光；

切换速度：电子控制适配毫秒级动态观测；

主分光装置作为共聚焦显微镜实现“光学切片”的核心，其技术演进始终围绕着光信号分离的精准与效率。传统的二色镜以其高稳定性与透射率，为基础荧光成像提供了可靠保障；而创新的声光光束分割器则凭借其波长灵活可调、切换极速以及与白光激光器的无缝耦合，突破多维成像的局限。理解共聚焦显微镜不同分光装置的特性，是优化成像策略、拓展科研边界的关键。

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