Подсоединение китайского лазера к конфокальному микроскопу

Всем доброго дня.

У меня в лаборатории есть конфокальный микроскоп Carl Zeiss LSM 710.
В его конструкции используются несколько маломощных лазеров (макс. 30 мВт).
У меня есть потребность использовать более мощный лазер, для возможности манипуляций с объектом (грубя говоря, разрезать тонкий пластик под микроскопом с высокой точностью).



Для этой цели я подумал временно заменить штатный лазерный диод (405 нм, 20 мВт) на 500 мВт 405 нм лазерный диод, купленный на Aliexpress. Осталось выбрать световод, которым можно соединить лазер с микроскопом. Штатный световод подсоединяется к микроскопу через хитрый разъём.

https://yadi.sk/i/1YktelX83Kz39v
https://yadi.sk/i/G6TxSys63Kz34f
https://yadi.sk/i/zzZpLqqE3Kz387

В связи с этой темой, у меня возникли следующие вопросы:
Подходит ли мой лазер для этой цели?
Какой световод выбрать?
Как подключить его к лазеру (есть ли там стандартизированный разъём, или самому надо придумывать)?
Может ли такой мощный лазер повредить конфокальный микроскоп?

Буду благодарен за помощь.

https://ru.aliexpress.com/item/405-...lgo_pvid=e86e2c35-789c-45f5-a424-1a14722143d6

 

Ещё интересует вопрос, не слишком мощный лазер я выбрал для такой цели?

 

Ответить кратко не получится. Слишком непростая проблема.
Поэтому попробую в телеграфном режиме:

Х.з. Совсем неясно из вашего поста какой же у Вас пластик. Может быть, 405 нм будет его жечь/резать, а может и не будет. Нужен эксперимент.

Судя по картинке на выходе лазера коллиматор. Так что загонять излучение в волокно Вам придётся самостийно. Выбор же волокна определяется целым рядом моментов. Основные следующие:
диаметр должен быт таким, чтобы в него эффективно ввелась основная часть мощности лазера.
Произвольным этот диаметр тоже быть не может, ибо оптическая схема микроскопа (кстати, а она Вам доступна?) расчитана под вполне себе конкретное существующее волокно.

Маловероятно это. Но подозреваю, что в комплект микроскопа входит много микрообъективов. Для начала взять самый слабый и с ним пробовать. Вообще-то микроообъективы расчитаны в основном для наблюдений, рабочий отрезок у высокократных (50х и более) измеряется миллиметром - долями мм. Это очень неудобно для задач обработки. Можно найти специализированные модели, типа MITUTOYO. Но это сложно и очень-очень дорого.
Вообще всё непросто, требуется многого дорогого оборудования, и, самое главное, специальных знаний. Так что подумайте хорошо. Иначе можно потратить много-много времени и денег.

 

Лазер-то может микроскоп и не повредит, но выбросы продуктов термического разложения пластика (в виде дыма и липких паров) могут загадить линзу в доли секунды, тем более, что дистанция до образца там миллиметры или даже их доли. Нужен компрессор, для удаления всей этой дряни, а также надёжное крепление образца, чтобы компрессором не сдуло.

 

Спасибо за ответы!

У меня очень специфические задачи обработки: нужно резать волокна из PLA толщиной 1 мкм. Чтобы их разрезать, не нужно сильно большой мощности, но мощности штатных лазеров не хватает.

Для того, чтобы пластик поглощал излучшение, добавляю краситель.

Мне нужно резать очень малые количества, поэтому такая проблема для меня не актуальна. Но спасибо за предостережение.


Вообще говоря, я уже резал волокна на двухфотонном микроскопе Carl Zeiss LSM 780 с 2Вт лазером (700 нм). Но это чужой прибор, который, к тому же, находится от меня довольно далеко. Поэтому возникла идея подсоединить более мощный лазер к нашему микроскопу. Более всего мне не понятно, как подключить световод к самому микроскопу. На фото видно, что там очень хитрый разъём. Неужели надо где-то подобный разъём выточить?

 

Если излучение штатного диода заводится в волокно, а потом через этот, извините, уёбищный разъём цепляется к опт. схеме микроскопа, то вариант первый:
смотрим, какое имеется волокно (в смысле каков D световедущей жилы). Если штатный ЛД имеет мощность 50 мВт, то в принципе, волокно может быть любым, от SMF'а до толстого многомода. Возможно, про тип волокна сказано в описании прибора. Если там многомодовое волокно хотя бы стандартного диаметра (там, IMHO, что-то ~65 мкм, точное значение лень искать) или более, то тупо надо попытаться завести излучение мощного полуваттного лазера в него. Для чего сделать устройство-заводилку. На другой конец повесить этот кретинский разъём (да, его тоже придётся делать самому). Если там одномодовое волокно, то, извините, жопа. В одномод излучение фиолета 500 мВт не засунешь с приличной эффективностью.
вариант второй: там на Вашем фото https://yadi.sk/i/G6TxSys63Kz34f вроде как коллиматор после волокна. Можно попытаться прямо в него, минуя волокно. Очень подраскладный вариант, из фот ничего не следует. Поэтому х.з.

 

Действительно 1 мкм? Опечатка?

 

Нет, не опечатка. Какая мощность нужна, чтобы их порезать? 20 - 30 мВт не хватило (думаю, на выходе из объектива мощность несколько падает). Сложность ещё в том, что волокна в воде, которая обладает большой теплоёмкостью и теплопроводностью, поэтому мощность нужна побольше. Получалось резать 2 Вт лазером. Поэтому решил выбрать лазер помощнее - 500 мВт.

 

Оцените, какая мощность нужна, чтобы резать Ваше волокно. Понятно, что решение задачи тянет на магистерский диплом как минимум. Но оцените грубо. Увидите, что и 10 мВт вроде как хватить должно. Скорее всего, "что-то не так в королевстве датском".
Зачем в воде то всё? Микрообъектив (если не секрет, то какой именно) иммерсионный? На сухом не пробовали?
Есть ли уверенность, что перетяжкой в волокно попадаете? Как Вы это вообще контролируете?

 

Как вы и думали, это самый классный вариант. В алюминиевой оправе коллиматора (см. https://yadi.sk/i/xZA-ZzK73LqbjR ) есть резьба. Эту же резьбу можно нарезать на коллиматоре самого лазера ( https://yadi.sk/i/D-pV1ap33Lqbji ). К счастью, лазер влезает в имеющееся пространство. Остаётся только вопрос с центровкой пучка... Есть ли где-то подобные переходники, которые можно было бы использовать для центровки пучка?

 

Задача из области биологии. На этих волокнах растут клетки, поэтому всё находится в специальной питательной среде. Иммерсионное масло нужно использовать, но оно не взаимодействует с объектом. Их разделяет стекло.

Конфокальный микроскоп может перемещать лазерный луч с большой точностью, как минимум 0,2 мкм. Достоинство его в том, что сначала одним лазером можно визуализировать объект. Потом, включив мощный лазер, можно провести какие либо манипуляции с объектом, например, провести линию, чтобы разрезать волокно. Для 405 нм лазера вся оптика есть, нужно только завести излучение в микроскоп(
http://www.ammrf.org.au/myscope/images/confocal/confoc2.png

Объективы есть разные - 4х, 10х, 20х, 40х, 60х.

 

Уважаемый vaa!
задачу Вашу вроде как понял. Но всё равно остаётся много вопросов.

Можно ли увидеть картинку, полученную на этом микроскопе? Как выглядит волокно с конкретным 40х или 60х объективом?

Нет, подобного никогда не видел. Полагаю, что его не существует вообще. Только самостоятельное изготовление. Да и то такой подход крепко порочен по своей природе. Или попасть с двух зеркал. Но тут нужны зеркала как таковые + куча оптомеханики. Дорого, если такого нет в наличии.
Но Вы обошли молчанием мой вопрос о том, как Вы попадаете фиолетовым лазером в разрезаемое волокно. IMHO, не то что 2 Вт, а даже 500 мВт есть мощность сильно избыточная для Вашей задачи. Если быть совсем честным, то нужно экспериментально измерить диаметр пучка в перетяжке. Непростая задача в данном разе.

 

Лазерный сканирующий конфокальный микроскоп светит в каждую точку растра лазером нужной длины волны, после чего в каждой точке записываются интенсивность флюоресценции и прохождения излучения через образец. Так же у него есть режимы сканирования по линии и в точке. У некоторых моделей можно задавать произвольную траекторию.
Вот типичная картинка:
https://yadi.sk/i/-gBb9yk_3Lst2N

На ней три канала используются (каждому каналу соответствует определённый спектральный диапазон). Красный - волокна. Зелёное - клетка. Канал прохождённого света не использовал. Сторона картинки - 185 мкм. После получения такого изображения, я могу переключить лазер (там их 4) и включить режим движения по заданной линии, которую нужно задать на полученном изображении.

Хотелось бы, чтобы мощность была 100 - 200 мВт на выходе, чтобы можно было выжигать другие объекты, убивать отдельные клетки.

Пока я планирую тупо нарезать резьбу на коллиматоре лазера, прикрутить его прямо к лазерному входу микроскопа и надеяться на коаксиальность полученной конструкции, чтобы не пришлось ничего подстраивать. Это было бы оптимально.

 

А если действительно, не парить себе мозг, а вкрутить в резьбу латунный переходник с диодом на 500 мВт, расположив диод так, чтобы его пятно полностью накрывало входную апертуру в микроскопе. Даже с запасом. Оставшейся энергии может и хватить на выполнение задачи...

 

Добрый день!

Это как туз из рукава. Хорошо бы увидеть картинку со стороной не более 10 мкм.
Самые большие и толстые грабли вижу в фокусировке. Возьмём Вашу схему конфокального микроскопа, данную на картинке http://www.ammrf.org.au/myscope/images/confocal/confoc2.png
Объектив микроскопа строит изображение рассматриваемого фрагмента волокна на диафрагме. Лазер при этом должен фокусироваться в ту же плоскость. Это независимо от того, хотите Вы просто построить изображение или резать.
И если при работе в режиме наблюдения, где излучение лазера подводится по штатному волокну, можно надеяться, что конструктор/производитель прибора об этом позаботились, то в режиме резки надо как-то самому фокусировать. Наверное, подкручивая выходную линзу коллиматора.
Я бы делал так: взял самый высокоапертурный сухой объектив (очень бы хотелось знать его марку/параметры) и попытался перерезать волокно в воздухе, фокусируя на поверхность волокна и ловя перетяжку.
Да, надо сказать, что даже при самом тщательном и качественном изготовлении переходника с резьбой останутся неизбежные разъюстировки во углу и поперечные смещения. Каковы они по величине и как влияют на положение перетяжки - Х.З. Здесь только эксперимент.

 

А если обратиться в сервисный центр Zeiss и попросить продать кабель-световод? Отдельно. На крайняк, сказать, дёрнули и повредили, если объяснять не хочется.

Сдаётся мне, это бы сильно облегчило задачу.

 

Коллеги! Даже если купить фирменный световод, то, IMHO, проблемы не исчезнут. На представленных фото виден только тот конец, что втыкается в коллиматор. А что на другом? Сие есть секрет. Даже если второй конец/торец свободный, то надо вводить в него излучение. О трудностях этого увлекательного процесса я уже говорил.
Уважаемый vaa молчит по самому важному моменту. Я писал, что мощности существующего лазера должно хватить. Только попасть надо точно. Попробую хоть как-то обосновать сие утверждение. Пусть микрообъектив в перетяжке даст пятно D=1.0 мкм, что весьма возможно, ибо D=>2*lambda, а NA вряд ли сильно <0.5. Тогда при мощности пучка 10 мВт=10^-2 Вт имеем интенсивность в перетяжке ~1 МВт/см^2. IMHO, пластик должен резаться.
Продолжаю верить, что если предложенный автором вариант (прикрутить лазер через примитивный неюстируемый переходник) не проканает, то вариант с заведением фиолетового пучка через волокно останется единственным разумным подходом. Медленно, нудно, затратно... Но успех гарантирован.
Vaa, если не секрет, где Вы находитесь географически?

 

Судя по хитрожопости конца, где ввод в оптику, с обратной стороны световода будет не менее извращённый ввод с диода.
Сам диод они вряд ли извратили, и вряд ли сильно далеко отодвигали от него торец световода. Фото было бы любопытно увидеть.

Сам световод какой-то уж больно толстый. Странно, мне моя логика подсказывает, что это должен быть одномодовый кабель.

 

да не, нормальный для исполнения в защитной полимерной оболочке. Смотрите на готовые пигтейлы.

Совершенно с Вами согласен. 50 мВт, как было сказано выше, спокойно вводятся и передаются через одномод. И потом коллимировать много проще.
Я вот никак в толк не возьму что же заставило конструкторов Zeiss'а делать такой разъём. Стандартный SMA ничуть не хуже, но много-много проще и дешевле.

 

Ну обычного одномода у меня под рукой несколько сот метров. Есть и муфты. Но просветления там не будет...