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使用锁相放大器MFLI/HF2LI在激光扫描显微镜应用中获得高信噪比数据
神科仪购网/SNKOO-eGo / 2021-08-05

激光扫描显微镜应用包括许多不同的技术,如多光子显微镜、受激拉曼散射(SRS)、反斯托克斯拉曼(CARS)等。虽然物理作用机理的类型不同,但整体应用的设置非常相似。最值得关注的问题在于如何提高信噪比(SNR)。

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图 1

如图1所示,a为未使用锁相放大器直接得到的数据,b为使用锁相放大器后得到的数据。差别很明显,相同测量时间内获得的结果信噪比提高了非常多。

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图 2

这是因为激光扫描显微镜测量中的典型噪声结构如图2b所示。与大多数信号一样,它由以灰色显示的低频1/f噪声和以浅蓝色显示的独立于实验频率的白噪声组成。此外,还有多个噪声峰值。因此,当不使用锁相放大器,直接以0 Hz为中心进行测量,必然包含大量的噪声。使用锁相放大器能够将信号“迁移”至更高频率,并以合适的带宽进行测量,最后解调出受噪声干扰很小的测量结果。从图2a中可以看出,相同实验设备和实验环境下,锁相放大器测量结果极大地提高了信噪比。

 

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图 3

图3描绘了两个激光扫描显微镜应用。a)为标准激光扫描显微镜:左侧激光光源经过调制(斩波器、声光调制器AOM或者电光调制器EOM)后进入显微镜,通过逐行扫描仪或旋转光盘扫描仪使激光扫描整个样品。激光束与样品相互作用后,出射光被探测器接收。再由锁相放大器分析产生的光电子信号。可根据扫描仪的空间坐标数据捕获信号并绘制图像。此时的频率由调制器决定,并同步至锁相放大器。b)为pump-probe技术的显微镜应用:激光分为两束,pump光和probe光。同样,对pumb光进行调制,并将调制信号同步至锁相放大器。

另外,MFLI/HF2LI不止能够做到这一点。它可以同时在多个频率下,对信号进行测量。

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图 4

如图4所示,假设我们的样品中同时包含PMMA和PS,使用两束分别单独调制的pump光,并将这两个不同的调制频率同步至锁相放大器。探测器接收到的probe光中,同时携带了PMMA和PS的拉曼信息,并且是不同频率的。

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图 5

此时,经由锁相放大器解调处理的测量结果如图5所示。不同频率的PMMA和PS信息被清晰地分辨出来,分别由蓝色和黄色表示。

由此可见,在激光扫描显微镜应用中,锁相放大器MFLI/HF2LI不仅能够极大地提高信噪比,还能同时测量同一信号中不同频率的信号信息。

 

来源:zhinst-blog<Optimize the SNR of a laser-scanning microscope with lock-in amplifiers.>


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