光片顯微鏡（LSFM）已成為生命科學(xué)研究中buke或缺的工具，特別是在需要長時(shí)間觀察活體培養(yǎng)時(shí),。選擇合適的光束類型可以顯著提高成像效果,，確保獲得高分辨率和高對(duì)比度的圖像。本文將為您介紹幾種主要的光束類型,，包括高斯光束,、貝塞爾光束、Airy光束,、晶格光束,、聚焦平頂光束、雙光束和球差光束,，并探討它們?cè)诠馄@微鏡中的各自優(yōu)勢(shì),、軸向分辨率、潛在的假象微影及其適用場(chǎng)景,。
圖 1 顯示了比較中包含的六種光片類型的示意圖,。利用照明物鏡后焦平面電場(chǎng)的幅度和相位來模擬樣品體積中光束的強(qiáng)度分布。展示了光束掃描或光片抖動(dòng)產(chǎn)生的光片在照明和檢測(cè)軸（YZ）以及掃描軸和檢測(cè)軸（XZ）上的截面,。
光片截面：
YZ 軸：沿照明和檢測(cè)軸的截面
XZ 軸：沿掃描軸和檢測(cè)軸的截面
六種光片類型
高斯光束光片
簡(jiǎn)介：激光理想情況下發(fā)射高斯光束,，高斯光束的強(qiáng)度分布沿徑向方向遵循高斯分布，并在傳播方向上保持這種分布,。
生成方法：通過圓柱透鏡生成,，或通過在檢測(cè)物鏡的焦平面掃描高斯光束生成。
特點(diǎn)：這種光片類型最為常見,，具有保守的強(qiáng)度分布,。
聚焦平頂光束光
簡(jiǎn)介：通過均勻照明物鏡的后焦平面生成，焦平面中的強(qiáng)度分布稱為“艾里盤",。
生成方法：擴(kuò)展高斯光束,，使其直徑遠(yuǎn)大于物鏡后焦平面,。
特點(diǎn)：更多的光以較大的角度進(jìn)入焦點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)更緊的聚焦,，但代價(jià)是產(chǎn)生附加的環(huán)狀結(jié)構(gòu),。
貝塞爾光束晶格光片
簡(jiǎn)介：等間距貝塞爾光束的相干疊加形成的光片。
生成方法：根據(jù)光束間隔的距離,，產(chǎn)生不同的干涉圖樣,，如方形晶格和六邊形晶格。
特點(diǎn)：通過調(diào)整參數(shù)b,，可以在主瓣厚度和光學(xué)切片之間進(jìn)行權(quán)衡,。
艾里光束光片
簡(jiǎn)介：具有“香蕉狀"彎曲形狀的光束，通過對(duì)高斯光束施加三次相位生成,。
生成方法：例如,，使用空間光調(diào)制器。
特點(diǎn)：具有自重構(gòu)特性,，可以在散射或吸收障礙物后恢復(fù)其初始強(qiáng)度分布,。
球差光束光片
簡(jiǎn)介：當(dāng)用于聚焦平行光的物鏡用于聚焦散焦或聚焦光時(shí),，焦點(diǎn)遠(yuǎn)離物鏡的本地焦平面,，產(chǎn)生球差光束。
生成方法：通過徑向依賴的雙二次相位掩模模擬,。
特點(diǎn)：weiyi一個(gè)在沿照明軸的剖面不對(duì)稱的光束,。
雙光束光片
簡(jiǎn)介：由兩個(gè)光束（“子光束"）聚焦通過物鏡，然后相對(duì)于彼此和物鏡的光軸以一定角度傳播,，并在物鏡的焦平面產(chǎn)生干涉圖案,。
生成方法：通過分裂激光光束，將兩個(gè)子光束對(duì)稱地送入后焦平面,。
特點(diǎn)：生成一個(gè)光片堆棧,，中央和zui強(qiáng)的光片放置在檢測(cè)透鏡的焦平面上，輔助光片照亮平行平面,。
圖 1 通過展示不同類型光片在樣品體積中的強(qiáng)度分布,，比較了這些光片在實(shí)際應(yīng)用中的效果和特點(diǎn)。通過對(duì)比,，可以更直觀地了解每種光片類型在特定應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn),。
高斯光束
簡(jiǎn)單高效的經(jīng)典選擇
高斯光束以其生成和控制的簡(jiǎn)便性著稱。通過標(biāo)準(zhǔn)的圓柱透鏡或聚焦透鏡即可生成高斯光束,，光束能量集中在中心,，呈高斯分布。
高斯光束在軸向分辨率方面表現(xiàn)出色,，能夠清晰分辨樣品中的細(xì)節(jié),。其單一主瓣結(jié)構(gòu)減少了成像中的背景噪聲,，提高了圖像對(duì)比度。在厚樣品中成像時(shí),，高斯光束產(chǎn)生的散射偽影較少,，圖像清晰度更高。因此,，對(duì)于需要高分辨率和高對(duì)比度,、光敏感或標(biāo)記密集的樣品，高斯光束是理想的選擇,。
貝塞爾光束
大視野成像的利器
貝塞爾光束通過相位調(diào)制裝置生成,，具有自重建特性，能夠在遇到障礙后重建其初始強(qiáng)度分布,。這使得貝塞爾光束在較大范圍內(nèi)保持高分辨率成像成為可能,。
貝塞爾光束在大視野范圍內(nèi)提供高分辨率成像，特別是在雙光子激發(fā)下,，其軸向分辨率顯著提高,，適合三維大尺度樣品的成像。然而,，貝塞爾光束的旁瓣結(jié)構(gòu)可能引入更多背景信號(hào),，降低圖像對(duì)比度。對(duì)于需要在大范圍內(nèi)保持高分辨率成像的實(shí)驗(yàn),，如三維大尺度樣品成像,，貝塞爾光束是zuijia選擇。
Airy光束
復(fù)雜環(huán)境中的成像專家
Airy光束通過施加立方相位調(diào)制生成,，具有“香蕉"形的彎曲形態(tài)和自重建特性,，能夠在遇到散射或吸收障礙時(shí)部分恢復(fù)其初始形態(tài)。
Airy光束在復(fù)雜環(huán)境中成像表現(xiàn)優(yōu)異,，特別是在高散射介質(zhì)中,。盡管其旁瓣增加了光片厚度，可能降低圖像對(duì)比度,，但在特定應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)依然明顯,。Airy光束適用于需要在復(fù)雜環(huán)境中成像的實(shí)驗(yàn)，尤其是在高散射介質(zhì)中的應(yīng)用,。
晶格光束
高時(shí)空分辨率的理想選擇
晶格光束是貝塞爾光束的衍生,，利用多個(gè)貝塞爾光束的相干疊加形成。其優(yōu)勢(shì)在于提供了更高的時(shí)空分辨率和更好的光片均勻性,。
這種光束能夠在較大的視野范圍內(nèi)保持一致的分辨率,，但生成復(fù)雜，需要精確的光學(xué)控制,。對(duì)于需要高時(shí)空分辨率的實(shí)驗(yàn),，如觀察細(xì)胞內(nèi)部動(dòng)態(tài)過程,，晶格光束是理想選擇。
聚焦平頂光束
均勻照明的可靠選項(xiàng)
聚焦平頂光束通過均勻照明背焦平面生成,，光束在焦平面上形成均勻的亮斑,，通常稱為Airy盤。
這種光束在軸向和橫向分辨率之間提供了良好的平衡,，適用于需要均勻照明的實(shí)驗(yàn),。雖然生成相對(duì)復(fù)雜，但在需要高均勻性的成像應(yīng)用中,，聚焦平頂光束表現(xiàn)出色,。
雙光束
靈活調(diào)控的成像工具
雙光束通過兩個(gè)相互干涉的光束生成，能夠形成交替的亮暗條紋結(jié)構(gòu),。這種結(jié)構(gòu)在光片顯微鏡中生成多個(gè)平行光片,，增加了成像的靈活性。
雙光束適用于需要高分辨率和大視野成像的應(yīng)用,，尤其是需要頻繁調(diào)節(jié)光束參數(shù)的實(shí)驗(yàn),。在復(fù)雜樣品的三維成像中，雙光束能夠提供dute的優(yōu)勢(shì),。
球差光束
應(yīng)對(duì)折射率失配的利器
球差光束通過施加球面相位調(diào)制生成,，能夠在折射率失配的情況下保持較長的焦深。其優(yōu)勢(shì)在于在不同介質(zhì)中保持一致的成像質(zhì)量,。
對(duì)于需要在不同介質(zhì)中成像的實(shí)驗(yàn),，尤其是需要在透明介質(zhì)和高折射率介質(zhì)之間切換的應(yīng)用，球差光束是理想選擇,。
推薦與結(jié)論
綜合考慮不同光束的特性和優(yōu)勢(shì)，高斯光束以其高分辨率和高對(duì)比度,，適用于大多數(shù)成像應(yīng)用,；貝塞爾光束在大視野高分辨率成像中表現(xiàn)出色，適合三維大尺度樣品,；Airy光束在復(fù)雜環(huán)境中成像具有dute優(yōu)勢(shì),；晶格光束、聚焦平頂光束,、雙光束和球差光束則在特定應(yīng)用中提供了不可替代的優(yōu)勢(shì),。
選擇合適的光束類型，將幫助研究人員獲得最佳的成像效果,，從而更好地觀察和研究活體培養(yǎng),。光片顯微鏡的光束選擇不僅是技術(shù)的選擇，更是科研成功的關(guān)鍵,。
閱讀原文：
Elena Remacha, Lars Friedrich, Julien Vermot, and Florian O. Fahrbach, "How to define and optimize axial resolution in light-sheet microscopy: a simulation-based approach," Biomed. Opt. Express 11, 8-26 (2020)
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