光片显微镜技术：探索不同光片的特性与应用

光片显微镜（LSFM）已成为生命科学研究中不可或缺的工具，特别是在需要长时间观察活体培养时。选择合适的光束类型可以显著提高成像效果，确保获得高分辨率和高对比度的图像。本文将为您介绍几种主要的光束类型，包括高斯光束、贝塞尔光束、Airy光束、晶格光束、聚焦平顶光束、双光束和球差光束，并探讨它们在光片显微镜中的各自优势、轴向分辨率、潜在的假象微影及其适用场景。

图 1 显示了比较中包含的六种光片类型的示意图。利用照明物镜后焦平面电场的幅度和相位来模拟样品体积中光束的强度分布。展示了光束扫描或光片抖动产生的光片在照明和检测轴（YZ）以及扫描轴和检测轴（XZ）上的截面。

• YZ 轴：沿照明和检测轴的截面

•  XZ 轴：沿扫描轴和检测轴的截面

1

高斯光束光片

简介：激光理想情况下发射高斯光束，高斯光束的强度分布沿径向方向遵循高斯分布，并在传播方向上保持这种分布。

生成方法：通过圆柱透镜生成，或通过在检测物镜的焦平面扫描高斯光束生成。

特点：这种光片类型最为常见，具有保守的强度分布。

2

聚焦平顶光束光

简介：通过均匀照明物镜的后焦平面生成，焦平面中的强度分布称为“艾里盘”。

生成方法：扩展高斯光束，使其直径远大于物镜后焦平面。

特点：更多的光以较大的角度进入焦点，从而实现更紧的聚焦，但代价是产生附加的环状结构。

3

贝塞尔光束晶格光片

简介：等间距贝塞尔光束的相干叠加形成的光片。

生成方法：根据光束间隔的距离，产生不同的干涉图样，如方形晶格和六边形晶格。

特点：通过调整参数b，可以在主瓣厚度和光学切片之间进行权衡。

4

艾里光束光片

简介：具有“香蕉状”弯曲形状的光束，通过对高斯光束施加三次相位生成。

生成方法：例如，使用空间光调制器。

特点：具有自重构特性，可以在散射或吸收障碍物后恢复其初始强度分布。

5

球差光束光片

简介：当用于聚焦平行光的物镜用于聚焦散焦或聚焦光时，焦点远离物镜的本地焦平面，产生球差光束。

生成方法：通过径向依赖的双二次相位掩模模拟。

特点：唯一一个在沿照明轴的剖面不对称的光束。

6

双光束光片

简介：由两个光束（“子光束”）聚焦通过物镜，然后相对于彼此和物镜的光轴以一定角度传播，并在物镜的焦平面产生干涉图案。

生成方法：通过分裂激光光束，将两个子光束对称地送入后焦平面。

特点：生成一个光片堆栈，中央和最强的光片放置在检测透镜的焦平面上，辅助光片照亮平行平面。

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