IRIS稀疏采样双光子成像中920nm飞秒激光器的应用

关键词：双光子成像；稀疏采样重建；飞秒激光器

在神经科学、生物医学光子学研究中，传统双光子显微镜长期面临成像速度受限的难题。常规设备受扫描采样机制约束，成像帧率仅维持在几十赫兹，很难捕捉神经元毫秒级快速动态信号；如果单纯依靠硬件升级提升扫描速度，往往会牺牲图像分辨率、降低信噪比，还会大幅提升系统改造成本与光路调试难度，很难兼顾大范围脑区观测与精细结构成像。

针对这一行业瓶颈，国内研究团队提出 IRIS 各向异性稀疏采样成像重建深度学习框架，在不改动显微镜硬件的前提下，把双光子成像帧率提升至数百甚至千赫兹，同时保留高分辨空间信息。整套活体小鼠皮层神经成像实验的核心激发光源，正是 Spark Lasers ALCOR 920-2 光纤飞秒激光器。稳定可靠的飞秒激光输出，为稀疏采样数据采集、AI 图像重建提供了关键光学基础，解决科研人员 “想高速记录大规模神经元活动，却受限于光源信号不足、脉冲色散劣化、光漂白与热损伤” 的现实难题。

传统双光子显微需要逐行高密度扫描采集像素信息，扫描行数直接制约成像帧率。IRIS（各向异性稀疏采样成像重建）框架的核心思路，是在慢扫描轴方向减少采样行数，降低单次扫描的数据采集量，再依托深度学习算法完成图像补全与重建。

这套方案不需要更换振镜、物镜等显微硬件，仅通过计算成像的方式提速。研究团队在活体小鼠实验中验证方案可行性：在 60Hz 帧率下，完成超过 1000 个神经元的大范围皮层活动记录，捕捉小鼠不同意识状态下神经同步性的动态变化，为大规模、高速神经钙信号记录提供新的计算路径。

整套活体成像实验中，ALCOR 920-2 光纤飞秒激光器承担双光子荧光激发工作，和共振 - 振镜扫描系统联动，使用 920nm 激光激发 GCaMP 荧光指示剂，产生双光子荧光信号，采集神经元结构图像与钙活动时序数据，给 IRIS 模型提供原始训练、验证数据集。激光器的性能从三个维度支撑实验落地：

1. 输出特性保障高质量原始成像数据 设备输出 920nm 近红外激光，组织穿透深度可观、散射损耗低；80MHz 高重复频率搭配＜100fs 超短脉冲，在活体脑组织深层依旧可以激发高信噪比荧光信号。充足的原始图像质量，是深度学习重建模型稳定输出高清图像的前提，避免稀疏采样后重建图像出现伪影、细节丢失。
2. 色散预补偿设计，适配高速共振扫描 激光器自带 0～-60000 fs² 可调色散预补偿模块，能够主动补偿显微光路带来的正色散，保证激光抵达物镜焦点时维持最短脉冲宽度，最大化双光子激发效率。脉冲输出稳定性优于 1% RMS，支撑 30Hz 基础共振镜扫描稳定运行，给 IRIS 算法拓展到数百、千赫兹高帧率成像预留足够的光子信号余量与光学稳定性。
3. 低光损伤特性，适配长时程活体动物实验 920nm 波段的光谱特性可以有效降低生物样本热损伤与荧光指示剂光漂白风险。配合可调控脉冲能量，支持清醒、麻醉、恢复多状态下的长时间活体成像，保证动物生理状态稳定，实现连续、不间断神经动态数据采集。

IRIS 框架的成功验证，证明 ALCOR 920-2 的功率、脉宽、重复频率参数可以支撑高速计算成像方案，除常规皮层钙信号记录外，还可拓展到多个前沿科研方向：

1. 基因编码电压指示剂电压成像 电压成像需要毫秒级时间分辨率，对光子预算要求极高。ALCOR 920-2 高重复频率、稳定脉冲输出，配合 IRIS 高速重建，有助于 GEVIs 指示剂动作电位信号直接可视化，让现有双光子显微平台具备电压成像潜力。
2. 深层三光子成像 ALCOR 激光平台支持波长拓展，可升级至 1040nm、1064nm 波段开展三光子成像，进一步加深成像深度，满足海马、丘脑等皮层下深部脑区神经活动记录需求。
3. 微型化头戴式动物成像系统 激光器可搭配 Mini2P 光纤传输模块，适配自由活动动物头戴微型显微镜。结合 IRIS 高速重建能力，在动物行为学实验中，实现大范围、高帧率神经信号观测。
4. 多模态光学系统集成 整机采用全光纤一体化结构，风冷散热，设备结构紧凑，适配贝塞尔体积成像、FACED、MuZIC 等各类高速扫描方案，便于和不同前沿光学扫描技术组合搭建多模态成像平台。

• 高功率高峰值功率输出：平均功率 2.5W，80MHz 重复频率，脉冲宽度＜100fs，峰值功率最高可达 312.5kW，深层脑组织荧光激发亮度充足，保障成像信噪比；
• 内置智能色散管理：可调色散预补偿范围 0~-60000 fs²，抵消光路色散，焦点处脉冲质量最优，提升双光子激发效率；
• 集成方案灵活：可选配 AOM 声光调制组件，完成高精度光强调控与高速光开关；全光纤结构、风冷方案，装配、维护门槛低，适配实验室集成搭建；
• 重复频率可调：0~80MHz 脉冲重复频率可按需设置，降低重复频率即可减少组织光热损伤，同时保留有效荧光信号；
• 可选柔性光纤输出模块，简化光路排布，兼容 Mini2P 这类小型化双光子显微设备。

星朗浩宇是法国 Spark lasers 品牌在中国大陆地区独家代理商，面向国内神经科学、生物光子学实验室提供 ALCOR 920-2 飞秒激光器选型咨询、方案评估、落地调试与后续技术支持。科研团队可根据实验目标，选择配套光纤模块、AOM 等配件，搭建适配 IRIS 等计算成像算法的双光子显微光源系统。

IRIS 各向异性稀疏采样重建方案，走出了一条不靠硬件迭代提速双光子显微成像的新路径，而 ALCOR 920-2 光纤飞秒激光器是这套高速成像方案重要的硬件底座。依靠稳定的 920nm 超短脉冲输出、可调色散补偿、低光损伤的特点，它既可以支撑常规活体神经元钙信号大范围记录，也能够面向电压成像、深层三光子观测、头戴式微型成像等前沿方向拓展。

如果您正在搭建高速双光子、多光子成像平台，计划结合深度学习稀疏采样重建技术开展神经动力学实验，需要稳定高性能飞秒激发光源，可联系星朗浩宇获取 ALCOR 920-2 详细参数资料、样机评估与定制化集成方案。

Q1：IRIS 框架能不能直接提升原有双光子显微镜成像速度？
A1：可以，IRIS 属于计算成像重建方案，不需要改动显微镜扫描硬件，依靠稀疏采样 + 深度学习重建，把原有几十赫兹的成像帧率提升至数百甚至千赫兹，同时维持图像分辨率。
Q2：ALCOR 920-2 激光器主要用于哪些生物成像实验？
A2：适用于活体小鼠皮层神经元钙信号记录、GCaMP 荧光双光子成像，也可拓展至电压成像、深层三光子成像、Mini2P 头戴式自由活动动物成像等场景。
Q3：ALCOR 920-2 色散预补偿模块有什么作用？
A3：用于补偿显微物镜、光路镜片引入的正色散，保证激光脉冲到达样品焦点时保持窄脉宽，提高双光子荧光激发效率。
Q4：国内 ALCOR 920-2 激光器找谁选型？
A4：法国 Spark Lasers 国内独家代理为星朗浩宇，提供选型、技术调试与售后技术服务。

Breaking the speed limit in two-photon microscopy via deep-learning imaging reconstruction from anisotropic sparse sampling

如果您对920nm光纤飞秒激光器有兴趣，请访问官方网页：

https://www.auniontech.com/details-1030.html

欢迎直接联系星朗浩宇/昊量光电
关于星朗浩宇/昊量光电：
星朗浩宇/昊量光电凭借强大的本地化销售网络与专业技术支持团队，长期服务于国内数以万计工业及科研客户，涵盖半导体、生物医疗、量子科技、精密制造、生物显微、物联传感、材料加工、光通讯等前沿领域。