イントロダクション
ワシントン大学では、早期がん検出や神経変性疾患の進行過程の解明といった用途に向けた化学イメージングツールの開発に、2色誘導ラマン散乱（SRS）顕微鏡が用いられています。実験セットアップには通常、リアルタイム2色SRSイメージングや、2つの広い間隔を置いたラマン遷移の同時イメージングを行うために、複数の複雑で高性能な装置が組み込まれています。Moku:Proロックインアンプとマルチ装置モードを用いることで、研究者たちは1台のコンパクトなマルチチャンネル装置で様々な実験を行い、低強度SRS信号を抽出できるようになりました。課題
SRS は、スペクトル情報と空間情報の両方による化学イメージングを可能にするコヒーレントラマン散乱プロセスです。 一般的なセットアップでは、２つの同期パルスレーザー、つまりポンプレーザーとストークスレーザー (図 １) を使用して、分子の振動をコヒーレントに励起します。 ノイズの多い背景から非常に小さな SRS 信号を抽出するには、高周波変調と位相敏感検出方式が必要です。
図1：SRSによるストークス光からポンプ光への振幅変調伝達を検出する。実証されたポンプ光の繰り返し周波数は80MHzであり、ストークス光も同様に80MHzの繰り返し周波数を持ちながら、20MHzで変調されている。この検出方式ではΔpumpが抽出される。
図 2: Moku:Pro マルチ機器モード設定で、広範囲に離れたラマン遷移時に撮影された HeLa 細胞 SRS 画像。
ソリューション
高品質のロックインアンプは、変調伝達検出方式を使用した SRS 顕微鏡実験において重要なハードウェアコンポーネントです。 Moku:Pro のロックインアンプは、SRS 顕微鏡実験におけるセルフヘテロダイン信号検出のための直感的で正確かつ堅牢なソリューションを提供します。ユーザーインターフェイスにより、低強度の SRS 信号を抽出するための直感的かつ強力なコントロールが可能になります。
図３: 一般的なシングルチャネル構成設定の Moku:Pro ロックインアンプ。
Moku:Proロックインアンプは、実験に合わせて位相シフト、ローパスフィルタ、ゲイン設定が最適化されています。内蔵プローブポイントは、設定調整時のリアルタイムモニタリングに使用されます。X軸とY軸の両方の出力がデュアルチャンネルイメージングに利用可能です。3つのレーザーを使用する場合、Moku:Proマルチインストゥルメントモードは2つのロックインアンプで構成でき、妥協することなくシステムを1つのデバイスに簡素化できます。これにより、研究者は1つのMoku:Proを使用して2つのフォトダイオード検出器信号を処理し、波数差の大きい2つのSRSイメージを同時に取得できます。
図 4: マルチチャンネル ロックイン アンプ構成を備えた Moku:Pro のマルチ インストルメント モード。
図 4 に、同時 SRS 顕微鏡実験用の 1 つのロックイン アンプを備えたマルチ機器モード構成を示します。スロット 1 のロックイン アンプの場合、入力 In 2 は最初のフォトダイオードの検出信号、In 1 はリファレンス、Out 3 は外部データ取得カードに送信される信号、Out 2 は破棄されます。スロット 3 のロックイン アンプの場合、In 2 は 2 番目のフォトダイオードの検出信号、In 4 は再びリファレンス、Out 1 は外部データ取得カードに送信される信号、Out 2 は破棄されます。検出された各信号 (Out 3 と Out 4) は、データ取得カードに送信される前に個別の位相シフトを調整することによって最大化されます。この例のスロット XNUMX と XNUMX はオシロスコープで構成されていますが、別の Moku:Pro 機器に置き換えることができます。
図 5: XNUMX つの入力チャネルと XNUMX つの出力チャネルが使用されている XNUMX つのロックイン アンプで構成されたマルチ インストゥルメント モードの Moku:Pro。