詳細(xì)了解超短脈沖的空間和時間特性非常重要——特別是對于低于 ～200 fs 的脈沖——在物鏡的焦點上的，以確保很好的分辨率和高效率非線性光子產(chǎn)生沛婴。在活體樣品成像的情況下吼畏，脈沖強(qiáng)度的定量指標(biāo)也是必要的，以保持樣品的活性嘁灯。低效率的脈沖形狀會導(dǎo)致不希望的光漂白泻蚊。本節(jié)中，我們將介紹光電二極管中干涉式雙光子吸收自相關(guān) (TPAA) 的方法以及用于一階丑婿、二階和三階色散的自相關(guān)測量的示例性雄。干涉測量自相關(guān)方法的優(yōu)勢在于它們易于實現(xiàn)并且適用于優(yōu)化大多數(shù)多光子成像應(yīng)用的激發(fā)效率。然而羹奉，就其無法提取實際脈沖形狀和相位而言秒旋，使得它們從根本上受到限制，因此诀拭，通常假設(shè)高斯或雙曲正割 (sech) 整形函數(shù)迁筛。針對這種情況，已經(jīng)開發(fā)出一系列與顯微鏡非常匹配的更復(fù)雜的脈沖測量技術(shù)炫加；即頻率分辨光開關(guān) (FROG) 和用于直接電場重建的光譜相位干涉測量法 (SPIDER) 瑰煎，它們能夠提供額外的信息。此外俗孝，多光子脈沖內(nèi)干涉相位掃描 (MIIPS) 不僅可以測量脈沖酒甸，還可以對其進(jìn)行整形。有許多論文詳細(xì)介紹了使用執(zhí)行自相關(guān)作為衡量顯微鏡系統(tǒng)雙光子成像性能的效果赋铝。
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多光子顯微鏡設(shè)計實用指南（10）
4.2 脈沖測量
詳細(xì)了解超短脈沖的空間和時間特性非常重要——特別是對于低于 ～200 fs 的脈沖——在物鏡的焦點上的析恋，以確保很好的分辨率和高效率非線性光子產(chǎn)生。在活體樣品成像的情況下盛卡，脈沖強(qiáng)度的定量指標(biāo)也是必要的助隧，以保持樣品的活性。低效率的脈沖形狀會導(dǎo)致不希望的光漂白滑沧。本節(jié)中并村，我們將介紹光電二極管中干涉式雙光子吸收自相關(guān) (TPAA) 的方法以及用于一階、二階和三階色散的自相關(guān)測量的示例滓技。干涉測量自相關(guān)方法的優(yōu)勢在于它們易于實現(xiàn)并且適用于優(yōu)化大多數(shù)多光子成像應(yīng)用的激發(fā)效率哩牍。然而，就其無法提取實際脈沖形狀和相位而言令漂，使得它們從根本上受到限制膝昆，因此，通常假設(shè)高斯或雙曲正割 (sech) 整形函數(shù)叠必。針對這種情況荚孵，已經(jīng)開發(fā)出一系列與顯微鏡非常匹配的更復(fù)雜的脈沖測量技術(shù)；即頻率分辨光開關(guān) (FROG) 和用于直接電場重建的光譜相位干涉測量法 (SPIDER) 挠唆，它們能夠提供額外的信息处窥。此外，多光子脈沖內(nèi)干涉相位掃描 (MIIPS) 不僅可以測量脈沖玄组，還可以對其進(jìn)行整形滔驾。有許多論文詳細(xì)介紹了使用執(zhí)行自相關(guān)作為衡量顯微鏡系統(tǒng)雙光子成像性能的效果。
4.2a 干涉自相關(guān)
自相關(guān)測量是通過在其自身上掃描相同的脈沖副本來進(jìn)行的俄讹。這是通過將脈沖傳播通過干涉儀來實現(xiàn)的哆致，其中一個臂具有可變長度，因此能夠提供可調(diào)節(jié)的時間延遲 (τ)患膛。平衡自相關(guān)器每個臂的的材料和涂層都一樣摊阀，使每個脈沖經(jīng)歷相同量的色散。此外踪蹬，可以執(zhí)行干涉自相關(guān)胞此，以便使用物鏡的全孔徑（在物鏡的整個NA下進(jìn)行測量），從而給出了成像條件下性能的準(zhǔn)確表征跃捣。
要將光束與有意義的脈沖寬度信息進(jìn)行自相關(guān)漱牵，必須在物鏡焦點處放置一種材料，該材料能夠產(chǎn)生非線性疚漆、強(qiáng)度相關(guān)的信號酣胀。這種與強(qiáng)度相關(guān)的相互作用充當(dāng)超快門控功能刁赦，允許使用具有顯著低于光脈沖帶寬或頻率響應(yīng)的檢測器對脈沖進(jìn)行時間相關(guān)測量。
獲得自相關(guān)的一種典型且簡單的方法是測量含有熒光染料的樣品的TPEF闻镶。更容易的是使用 GaAsP 光電二極管甚脉，它在600 至 1360 nm 具有雙光子光譜響應(yīng)怎诫。該帶寬足以覆蓋鈦藍(lán)寶石激光器的可調(diào)諧范圍和用于多光子顯微鏡的許多其它激光器的典型中心頻率缰冤。此外脚乡，GaAsP 光電二極管價格低廉水泉，并且不易受到熒光染料典型的光漂白或光損傷問題的影響。
圖 15 是三個不同自相關(guān)的示例眶掌。除了激光的相干長度外荒吏，一階相關(guān)性沒有揭示任何有關(guān)脈沖寬度的信息驱还。使用非線性涛碑、強(qiáng)度相關(guān)信號的高階自相關(guān)可以提供有關(guān)脈沖中色散量和色散類型的信息。對于二階干涉自相關(guān)孵淘，包絡(luò)函數(shù)的峰值與非零基線的比率為 8:1蒲障，而對于三階自相關(guān)，該比率為 32:1瘫证。圖 16 所示為通過二階自相關(guān)測量的GDD 對超短脈沖的影響的示例（圖中為 GDD的3375 fs2對超短脈沖 (= 64 fs) 的二階自相關(guān)影響揉阎。初始脈沖為黃色，色散脈沖為藍(lán)色背捌。包絡(luò)被歸一化為基線值毙籽。）。
DOI：https://doi.org/10.1364/AOP.7.000276
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