基于三次谐波生成干涉自相关的多光子显微镜原位脉冲色散估计

三光子显微镜能够实现深部组织成像，但其对激发脉冲质量极为敏感，因为三光子激发效率与瞬时强度的立方成正比。通过激光器和显微镜光学元件累积的群时延色散（GDD）和三阶色散（TOD）会显著降低焦平面处的峰值强度，然而这些量在实际成像位置却很少被测量。在此，我们采用三次谐波产生（THG）干涉型自相关技术，结合色散查找表估计（D-LUTE）以及经合成数据验证的双测量联合拟合方法，直接在物镜焦平面处估计基线GDD和TOD，仅需在显微镜光路中增加一个紧凑型自相关模块。将该方法应用于1300 nm和1600 nm激发条件下、配备同一激光型号不同机组的两套显微镜系统时，我们发现，在所有条件下，脉冲持续时间均比变换极限长1.4至1.7倍，且主要由TOD主导；两套系统之间的TOD变化约为2.7倍。利用髓鞘化纤维产生的内源性THG信号，我们进一步在小鼠脑内展示了体内脉冲表征，结果表明，从组织表面到接近1毫米深度之间未观察到可测量的脉冲展宽。这种低成本、易于实施的方法使得在多光子显微镜平台上进行常规、原位脉冲监测成为可能。

三光子显微镜能够实现深部组织成像，但其对激发脉冲质量高度敏感，因为三光子激发效率与瞬时强度的立方成正比。通过激光器和显微镜光学元件累积的群时延色散（GDD）和三阶色散（TOD）会显著降低焦平面处的峰值强度，然而这些量却很少在实际成像位置被测量。在此，我们采用三次谐波产生（THG）干涉自相关法，并结合色散查找表估计（D-LUTE）和一种经合成数据验证的双测量联合拟合程序，直接在物镜焦平面处估计基线GDD和TOD；该方法仅需在显微镜光路中加入一个紧凑型自相关模块。将该方法应用于1300 nm和1600 nm激发条件下、配备同一激光器型号不同设备单元的两套显微镜系统时，我们发现，在所有条件下，脉冲持续时间均比变换极限长1.4至1.7倍，且这一现象主要由TOD驱动；两套系统之间的TOD变化幅度约为2.7倍。利用有髓纤维产生的内源性THG信号，我们进一步在小鼠脑内展示了体内脉冲表征，结果发现从组织表面到接近1毫米深度之间不存在可测得的脉冲展宽。这种低成本、易于实施的方法使得在多光子显微镜平台上开展常规化、原位脉冲监测成为可能。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.04.742801v1?rss=1

🏷️ 三光子显微镜 三次谐波产生 脉冲色散估计 群时延色散 三阶色散 体内成像