Tomaselli Oltramari 2007 Possiveis-contribuicoes-da-teo 19483
MESSA A PUNTO DELLAPPARATO OTTICO DI UN SISTEMA COMPATTO PER MICROSCOPIA OTTICA A DUE FOTONI...
-
Upload
adalina-barbato -
Category
Documents
-
view
217 -
download
2
Transcript of MESSA A PUNTO DELLAPPARATO OTTICO DI UN SISTEMA COMPATTO PER MICROSCOPIA OTTICA A DUE FOTONI...
MESSA A PUNTO DELL’APPARATO OTTICO DI UN SISTEMA COMPATTO PER
MICROSCOPIA OTTICA A DUE FOTONI
Elaborato di Laurea di ELENA UGOLOTTI
Relatore: Prof. A. TomaselliCorrelatore: Prof C. Vacchi
Università degli studi di Pavia
Scopo del progetto
Sviluppare un sistema:
• Che sfrutti la
microscopia a due fotoni
• Possibilità di osservare
campioni biologici in vivo
• Risoluzioni
submicrometriche
• Economico
• Compatto
Microscopia a due fotoni
Due fotoni simultanei nell’IR stimolano lo stesso salto energetico di un singolo fotone nell’UV-VIS
Vantaggi:• Processo non lineare:
L’intensità è concentrata solo nel punto da osservare
• Non si generano radicali liberi• Maggior penetrazione nel
campione
222
)(
1)()(
zwzwzIfltot
Schema del microscopio presente in laboratorio:
Laser
Specchi dideflessione
Divisore di fascio
Obiettivo
Campione
Fototubo
f=30mm
f=85mm
f=35mm
Microscopio presente in laboratorio
Scopo del mio lavoro:
Quando ho iniziato il lavoro, lo schema del microscopio era provvisorio in quanto non era mai stato fatto uno studio accurato e delle simulazioni del sistema ottico.
Scopo del mio lavoro: studiare la configurazione ottica ottimale per il sistema, che sia un buon compromesso tra compattezza del dispositivo e risoluzione ottenibile.
Fasci gaussiani
Parametri importanti:
2
0wzr
z
zzzR r
2
)(
2
0 1)(
rz
zwzw
2)(
2
)(
1
)(
1
zkwi
zRzq
Raggio di curvatura complesso q(z):
Distanza di Rayleigh:
Raggio di curvatura:
Raggio del fascio:
Metodo matriciale “ABCD”
La propagazione dei fasci Gaussiani attraverso ottiche anche complesse può essere studiata tramite le matrici ABCD:
Se ci sono più elementi ottici incascata la matrice totale del sistemaè il prodotto delle matrici dei singolielementi.
Con le matrici ABCD si ricava direttamente:
Analisi del sistema:
Con il laser He-Ne si ha:• λ = 632 nm• w0 = 0,4 mm
f1 = 35 mm, f2 = 85 mm
θg = 0,08 rad
zr = 79 cm
wc = 1 μm
La risoluzione che si ottiene non è sufficiente. Bisogna modificare le distanze tra le ottiche o le focali delle lenti per migliorarla senza diminuire l’area investigata.
La zona di campione investigata è un quadrato di lato 340 μm
Miglioramento della risoluzione
La risoluzione migliora quanto più le dimensioni del fascio sul campione sono piccole
Il fascio deve incidere più ampio possibile sull’obiettivo
Variabili che ho provato a modificare nel sistema:
dS-L1
dL1-L2
dL2-O f1
f2
Distanza specchi-prima lente:
Influisce sull’allontanamento del fascio dal centro
Bisogna assicurare l’ingresso di tutto il fascio nell’obiettivo e
l’ingresso sulle lenti in zone centrali non soggette a non idealità
Soluzione migliore:
Distanza pari alla focale della prima lente
Determina le dimensioni di campione esplorato durante
la scansione
Focale della prima e della seconda lente del telescopio:
• Entrambe le lenti del telescopio devono essere convergenti
• Ingrandimento M=f2/f1 f1 piccola, f2 grande
• Per le considerazioni fatte prima sulla distanza specchi-prima lente e sugli ingombri, f1 non può essere troppo piccola
f1 = 35 mm ; f2 = 85 mm
Distanza tra le lenti:
• Telescopio con lenti convergenti d = f1 + f2
• Se d < f1 + f2 fascio uscente divergente
• Se d > f1 + f2 fascio uscente convergente
La convergenza non conviene: - si perde ingrandimento- si peggiora compattezza microscopio
La divergenza può essere vantaggiosa: - a pari compattezza aumenta l’ingrandimento- peggiorano le
dimensioni totali investigate
Per operare in divergenza: f2 = 150 mm
Distanza telescopio - obiettivo:
• Indifferente se si opera in collimazione
Più piccola possibile per ridurre ingombro totale del microscopio
• Se si opera in divergenza:
distanza grande migliore risoluzione, ingrandimento maggiore, zona esplorata più piccola
IDEA: Doppio telescopio
Ho pensato di aggiungere un secondo telescopio prima degli specchi di deflessione per ingrandire
ulteriormente il fascio
Significativo miglioramento della risoluzione
Aumento delle dimensioni del microscopio
Perdita di potenza sulle lenti
Schema finale del microscopio:
Campione
Obiettivo 40x
Fototubo
Beam-splitter
Lente,f=30mm
Lentef=85-150mm
Lentef=35mm
Galvospecchi
specchio
Lentef=75mm
Lentef=40mm
Immagini di un campione graduato prima delle modifiche
Ingrandimento 1x Ingrandimento 4x
50 μm
Immagini del campione graduato ottenute con il doppio telescopio e in collimazione
(f2=85mm):
Ingrandimento 1x Ingrandimento 4x
50 μm
Immagini del campione graduato ottenute con il doppio telescopio e in divergenza
(f2=150mm):
Ingrandimento 1x Ingrandimento 4x
Immagini di circuiti microelettronici (1):
Immagini di circuiti microelettronici (2):
2 μm
Immagini dei globuli rossi:
Ingrandimenti 1x e 4x; diametro globuli di circa 7 μm
7 μm
Immagini sferette di diametro 2,5 μm :
In collimazione (f2=85mm) In divergenza (f2=150mm)
Caratterizzazione della profondità di fori su silicio per BrightSolutions:
8 campioni di silicio con fori per aumentare la superficie illuminata di celle solari
Campioni diversi hanno fori di profondità diversa perché eseguiti con laser a potenza diversa
Misurare la profondità dei fori contando quanti passi intercorrono tra il punto in cui è a fuoco la superficie o il fondo del foro
Futuri miglioramenti previsti (1):
Meccanica:
• Visualizzare un campione posto in orizzontale
• Creare un supporto fisso definitivo
Software:
• Sviluppare un software per poter ricostruire immagini in 3D
Futuri miglioramenti previsti (2):
• Replicare una sorgente impulsata per il microscopio
Possibili sorgenti:
• Cr: Forsterite λe=1240; λp=1064; Δimp=20-100fsfrip=60-150MHz
• Cr: LISAF λe=860; λp=670; Δimp=20-100fsfrip=80-150MHz
• Nd: Glass λe=1054; λp=804; Δimp=300fsfrip=140MHz
• Sostituire il Beam-Splitter con un Cold Mirror