雙光子顯微成像光源 —— SPARK LASERS飛秒激光器如何助力 Mini2P 微型雙光子顯微鏡

SPARK LASERS 如何助力 Mini2P 微型雙光子顯微鏡？

1. 什么是 Mini2P？

Mini2P 是一款微型雙光子顯微鏡，專為在自由活動小鼠中實現高分辨率、高速鈣成像而設計。其核心目標是在不干擾動物自然行為的前提下，對多種行為狀態下的神經活動進行穩定、高質量的動態觀測。

與傳統臺式雙光子顯微鏡（通常將動物固定，限制其運動）不同，Mini2P 極輕巧——整機重量不足 3 克，可輕松佩戴于小鼠頭部，使其自由探索環境。這種“無束縛"成像對于揭示真實行為背后的神經機制至關重要。

2. 當前面臨的主要挑戰

盡管 Mini2P 是一個具有價值的開源項目，有望推動神經科學研究的普及，但其搭建過程仍存在顯著門檻，尤其對缺乏光學或激光系統經驗的實驗室而言：

• 系統集成復雜：完整 Mini2P 系統需多個關鍵組件協同工作，包括：

- 飛秒激光器

- 激光到光纖的耦合裝置（通常包含一個“耦合盒"，內含多達 4 根玻璃棒，用于預補償 HC-920 空心光子晶體光纖引入的群延遲色散 GDD）

- 多組光學元件，用于準直光束并將光纖輸出高效耦合至微型顯微鏡

圖1：傳統方案中，需使用含多根玻璃棒的耦合盒對 HC-920 光纖的 GDD 進行預補償。

從 GitHub 上的 Mini2P_toolbox 可見，構建耦合盒、處理 HC-920 光纖等步驟涉及大量精密操作，耗時且技術要求高。

• 光纖脆弱，制備繁瑣：HC-920 光纖極為敏感，易受灰塵污染，且耦合過程需專用工具（見圖2）：

- 光纖清潔套件

- 功率計（用于驗證耦合效率）

- 剝纖鉗與紫外膠（用于將光纖固定至準直器）

圖2：傳統光纖耦合所需典型設備。

一旦光纖用膠水固化，若在實驗中損壞，幾乎無法更換，導致整個系統停擺。

•  環境敏感性強：耦合盒對振動和溫度波動高度敏感，必須安裝在昂貴的防振光學平臺上，增加了成本與空間占用。

3. SPARK LASERS 的創新解決方案

針對上述痛點，SPARK LASERS 憑借其在飛秒激光與特種光纖集成領域逾三年的工業級經驗，為 Mini2P 用戶提供了一套高度集成、即插即用的激光解決方案：

? 一體化光纖輸出，直連 Mini2P

SPARK LASERS 的 FLeX 系列激光器已將 HC-920 光纖在工廠內完成精密耦合，并配備標準準直輸出接口，用戶只需將其直接接入 Mini2P 顯微鏡即可（見圖3）。

圖3：SPARK LASERS 激光器提供預裝 HC-920 光纖與準直器，無需用戶自行組裝。

具體優勢如下：

• 取消耦合盒與玻璃棒（見圖4）

得益于激光器內置高達 +120,000 fs2 甚至更高的正 GDD 預補償能力，可抵消 HC-920 光纖傳輸帶來的色散效應，無需額外使用玻璃棒進行外部補償。

圖4：光纖在激光器內部完成耦合與色散預補償，省去外部復雜光路。

• 出廠預對準，免調試

  所有光纖耦合與光束整形均在潔凈工廠環境中完成，用戶無需面對自由空間光路對準、玻璃棒調節等高難度操作，大幅降低技術門檻。

• 抗干擾能力強，無需防振平臺
  通過優化光束質量（M2）、偏振消光比及熱穩定性，SPARK LASERS 確保系統在常規實驗環境下長期穩定運行，擺脫對昂貴防振平臺的依賴。

•  光纖可快速更換（見圖5）
  耦合單元采用模塊化設計，集成旋轉式半波片，僅需松開一顆螺絲即可更換光纖。配套的可拆卸保護錐進一步提升光纖在運輸與使用中的安全性。

  
  

圖5：光纖損壞后可便捷更換，保障實驗連續性。

4. 總結

SPARK LASERS 通過深度理解 Mini2P 的技術需求，打造了真正面向用戶的“開箱即用"激光平臺，其核心價值體現在：

· ? Turn-key 解決方案：集成 HC-920 光纖、準直器與優耦合效率，開箱即用；

· ? 智能色散管理：內置大范圍正 GDD 預補償，省去耦合盒與玻璃棒；

· ? 人性化設計：支持快速光纖更換，并可選配多光束模塊等創新附件，拓展并行成像等應用。

這些創新不僅顯著簡化了 Mini2P 的部署流程，更提升了系統的可靠性、可維護性與實驗效率，讓科研人員能夠將精力聚焦于神經科學本身，而非復雜的光學搭建。

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