星朗浩宇ALCOR 920-2 飛秒激光器，賦能 IRIS 框架突破雙光子顯微鏡成像速度瓶頸

在神經(jīng)科學、生物醫(yī)學光子學研究中，傳統(tǒng)雙光子顯微鏡長期面臨成像速度受限的難題。常規(guī)設(shè)備受掃描采樣機制約束，成像幀率僅維持在幾十赫茲，很難捕捉神經(jīng)元毫秒級快速動態(tài)信號；如果單純依靠硬件升級提升掃描速度，往往會犧牲圖像分辨率、降低信噪比，還會大幅提升系統(tǒng)改造成本與光路調(diào)試難度，很難兼顧大范圍腦區(qū)觀測與精細結(jié)構(gòu)成像。

針對這一行業(yè)瓶頸，國內(nèi)研究團隊提出 IRIS 各向異性稀疏采樣成像重建深度學習框架，在不改動顯微鏡硬件的前提下，把雙光子成像幀率提升至數(shù)百甚至千赫茲，同時保留高分辨空間信息。整套活體小鼠皮層神經(jīng)成像實驗的核心激發(fā)光源，正是 Spark Lasers ALCOR 920-2 光纖飛秒激光器。穩(wěn)定可靠的飛秒激光輸出，為稀疏采樣數(shù)據(jù)采集、AI 圖像重建提供了關(guān)鍵光學基礎(chǔ)，解決科研人員 “想高速記錄大規(guī)模神經(jīng)元活動，卻受限于光源信號不足、脈沖色散劣化、光漂白與熱損傷" 的現(xiàn)實難題。

一、IRIS 框架核心原理：從采樣算法層面打破雙光子成像速度上限

傳統(tǒng)雙光子顯微需要逐行高密度掃描采集像素信息，掃描行數(shù)直接制約成像幀率。IRIS（各向異性稀疏采樣成像重建）框架的核心思路，是在慢掃描軸方向減少采樣行數(shù)，降低單次掃描的數(shù)據(jù)采集量，再依托深度學習算法完成圖像補全與重建。

這套方案不需要更換振鏡、物鏡等顯微硬件，僅通過計算成像的方式提速。研究團隊在活體小鼠實驗中驗證方案可行性：在 60Hz 幀率下，完成超過 1000 個神經(jīng)元的大范圍皮層活動記錄，捕捉小鼠不同意識狀態(tài)下神經(jīng)同步性的動態(tài)變化，為大規(guī)模、高速神經(jīng)鈣信號記錄提供新的計算路徑。

二、ALCOR 920-2：本次 IRIS 成像實驗的核心 920nm 飛秒激發(fā)光源

整套活體成像實驗中，ALCOR 920-2 光纖飛秒激光器承擔雙光子熒光激發(fā)工作，和共振 - 振鏡掃描系統(tǒng)聯(lián)動，使用 920nm 激光激發(fā) GCaMP 熒光指示劑，產(chǎn)生雙光子熒光信號，采集神經(jīng)元結(jié)構(gòu)圖像與鈣活動時序數(shù)據(jù)，給 IRIS 模型提供原始訓練、驗證數(shù)據(jù)集。激光器的性能從三個維度支撐實驗落地：

1. 輸出特性保障高質(zhì)量原始成像數(shù)據(jù)設(shè)備輸出 920nm 近紅外激光，組織穿透深度可觀、散射損耗低；80MHz 高重復頻率搭配＜100fs 超短脈沖，在活體腦組織深層依舊可以激發(fā)高信噪比熒光信號。充足的原始圖像質(zhì)量，是深度學習重建模型穩(wěn)定輸出高清圖像的前提，避免稀疏采樣后重建圖像出現(xiàn)偽影、細節(jié)丟失。

2. 色散預補償設(shè)計，適配高速共振掃描激光器自帶 0～-60000 fs2 可調(diào)色散預補償模塊，能夠主動補償顯微光路帶來的正色散，保證激光抵達物鏡焦點時維持最短脈沖寬度，大化雙光子激發(fā)效率。脈沖輸出穩(wěn)定性優(yōu)于 1% RMS，支撐 30Hz 基礎(chǔ)共振鏡掃描穩(wěn)定運行，給 IRIS 算法拓展到數(shù)百、千赫茲高幀率成像預留足夠的光子信號余量與光學穩(wěn)定性。

3. 低光損傷特性，適配長時程活體動物實驗920nm 波段的光譜特性可以有效降低生物樣本熱損傷與熒光指示劑光漂白風險。配合可調(diào)控脈沖能量，支持清醒、麻醉、恢復多狀態(tài)下的長時間活體成像，保證動物生理狀態(tài)穩(wěn)定，實現(xiàn)連續(xù)、不間斷神經(jīng)動態(tài)數(shù)據(jù)采集。

三、ALCOR 920-2 拓展應用方向，適配前沿多光子成像研究

IRIS 框架的成功驗證，證明 ALCOR 920-2 的功率、脈寬、重復頻率參數(shù)可以支撐高速計算成像方案，除常規(guī)皮層鈣信號記錄外，還可拓展到多個前沿科研方向：

1. 基因編碼電壓指示劑電壓成像電壓成像需要毫秒級時間分辨率，對光子預算要求高。ALCOR 920-2 高重復頻率、穩(wěn)定脈沖輸出，配合 IRIS 高速重建，有助于 GEVIs 指示劑動作電位信號直接可視化，讓現(xiàn)有雙光子顯微平臺具備電壓成像潛力。

2. 深層三光子成像ALCOR 激光平臺支持波長拓展，可升級至 1040nm、1064nm 波段開展三光子成像，進一步加深成像深度，滿足海馬、丘腦等皮層下深部腦區(qū)神經(jīng)活動記錄需求。

3. 微型化頭戴式動物成像系統(tǒng)激光器可搭配 Mini2P 光纖傳輸模塊，適配自由活動動物頭戴微型顯微鏡。結(jié)合 IRIS 高速重建能力，在動物行為學實驗中，實現(xiàn)大范圍、高幀率神經(jīng)信號觀測。

4. 多模態(tài)光學系統(tǒng)集成整機采用全光纖一體化結(jié)構(gòu)，風冷散熱，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，適配貝塞爾體積成像、FACED、MuZIC 等各類高速掃描方案，便于和不同前沿光學掃描技術(shù)組合搭建多模態(tài)成像平臺。

四、ALCOR 920-2 光纖飛秒激光器核心產(chǎn)品優(yōu)勢

• 高功率高峰值功率輸出：平均功率 2.5W，80MHz 重復頻率，脈沖寬度＜100fs，峰值功率最高可達 312.5kW，深層腦組織熒光激發(fā)亮度充足，保障成像信噪比；

• 內(nèi)置智能色散管理：可調(diào)色散預補償范圍 0~-60000 fs2，抵消光路色散，焦點處脈沖優(yōu)，提升雙光子激發(fā)效率；

• 集成方案靈活：可選配 AOM 聲光調(diào)制組件，完成高精度光強調(diào)控與高速光開關(guān)；全光纖結(jié)構(gòu)、風冷方案，裝配、維護門檻低，適配實驗室集成搭建；

• 重復頻率可調(diào)：0~80MHz 脈沖重復頻率可按需設(shè)置，降低重復頻率即可減少組織光熱損傷，同時保留有效熒光信號；

• 可選柔性光纖輸出模塊，簡化光路排布，兼容 Mini2P 這類小型化雙光子顯微設(shè)備。

  
  

五、星朗浩宇供貨與技術(shù)服務說明

星朗浩宇是法國 Spark lasers 品牌在中國大陸地區(qū)獨代，面向國內(nèi)神經(jīng)科學、生物光子學實驗室提供 ALCOR 920-2 飛秒激光器選型咨詢、方案評估、落地調(diào)試與后續(xù)技術(shù)支持。科研團隊可根據(jù)實驗目標，選擇配套光纖模塊、AOM 等配件，搭建適配 IRIS 等計算成像算法的雙光子顯微光源系統(tǒng)。

結(jié)尾

IRIS 各向異性稀疏采樣重建方案，走出了一條不靠硬件迭代提速雙光子顯微成像的新路徑，而 ALCOR 920-2 光纖飛秒激光器是這套高速成像方案重要的硬件底座。依靠穩(wěn)定的 920nm 超短脈沖輸出、可調(diào)色散補償、低光損傷的特點，它既可以支撐常規(guī)活體神經(jīng)元鈣信號大范圍記錄，也能夠面向電壓成像、深層三光子觀測、頭戴式微型成像等前沿方向拓展。

如果您正在搭建高速雙光子、多光子成像平臺，計劃結(jié)合深度學習稀疏采樣重建技術(shù)開展神經(jīng)動力學實驗，需要穩(wěn)定高性能飛秒激發(fā)光源，可聯(lián)系星朗浩宇獲取 ALCOR 920-2 詳細參數(shù)資料、樣機評估與定制化集成方案。

FAQ

Q1：IRIS 框架能不能直接提升原有雙光子顯微鏡成像速度？

A1：可以，IRIS 屬于計算成像重建方案，不需要改動顯微鏡掃描硬件，依靠稀疏采樣 + 深度學習重建，把原有幾十赫茲的成像幀率提升至數(shù)百甚至千赫茲，同時維持圖像分辨率。

Q2：ALCOR 920-2 激光器主要用于哪些生物成像實驗？

A2：適用于活體小鼠皮層神經(jīng)元鈣信號記錄、GCaMP 熒光雙光子成像，也可拓展至電壓成像、深層三光子成像、Mini2P 頭戴式自由活動動物成像等場景。

Q3：ALCOR 920-2 色散預補償模塊有什么作用？

A3：用于補償顯微物鏡、光路鏡片引入的正色散，保證激光脈沖到達樣品焦點時保持窄脈寬，提高雙光子熒光激發(fā)效率。

Q4：國內(nèi) ALCOR 920-2 激光器找誰選型？

A4：法國 Spark Lasers 國內(nèi)獨代為星朗浩宇，提供選型、技術(shù)調(diào)試與售后技術(shù)服務。

參考文獻

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

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