共聚焦顯微鏡（CLSM）是對各種精密器件及材料表面進行微納米級測量的檢測儀器，其“光學切片” 能力的實現(xiàn)高度依賴光路中激發(fā)光與發(fā)射光的精準分離—— 這一功能由主分光裝置主導完成。下文，光子灣科技將系統(tǒng)梳理共聚焦顯微鏡不同主分光裝置的原理與性能，為相關領域研究提供設備技術應用參考。

共聚焦顯微鏡為何需要 “分光”？

共聚焦顯微鏡的主分光裝置

共聚焦顯微鏡的照明模式，決定了“分光” 的必要性。根據(jù)光線與樣本的作用方向，可分為三類：

透射光照明：樣本處于光源與探測裝置之間，光線穿透樣本后被接收；

入射光照明：照明光源與探測裝置位于樣本同側，光線經(jīng)樣本反射或散射后被探測；

自發(fā)光觀察：自發(fā)光物體作為樣本無需外部照明。

共聚焦顯微鏡的熒光成像：入射光從同一側完成“激發(fā)” 與 “檢測”，若激發(fā)光與發(fā)射光混雜，會導致背景噪聲劇增、信號失真。因此，主分光裝置成為剛需—— 必須實現(xiàn)激發(fā)光與發(fā)射光的精準分離，反射激發(fā)光至樣本，同時透射發(fā)射光至探測器。

共聚焦顯微鏡的主分光裝置

1.二色鏡

二色鏡的應用圖

傳統(tǒng)主流主分光裝置，用于解決早期灰色鏡（平均分光）的信號損失與激發(fā)光浪費，是共聚焦顯微鏡熒光成像的初代核心分光方案。

工作原理

制造工藝：通過在光學玻璃基底表面沉積多層薄介質材料（如二氧化硅、二氧化鈦），利用不同介質的折射率差異產(chǎn)生干涉效應；

分光邏輯：按設計呈現(xiàn)“高反射激發(fā)光、高透射發(fā)射光” 的交替光譜帶 —— 對特定波長的激發(fā)光高反射，確保激光聚焦樣本，對互補波長的發(fā)射光高透射，減少信號損失，適配單一或多種熒光分子的激發(fā)/ 發(fā)射需求。

核心特性

透射效率：發(fā)射光譜區(qū)透射率接近光學玻璃理論透射極限；

反射帶寬：激發(fā)光反射帶寬通常≤25nm，單一激發(fā)波長場景下影響可忽略，多激發(fā)帶場景易與發(fā)射光譜重疊；

2.聲光光束分割器

二色鏡（藍色曲線）和聲光光束分割器（紅色曲線）的透射，箭頭標示了激發(fā)縫隙的狹窄程度。相比窄縫，寬縫剪除了更多的熒光發(fā)射信號。

可突破傳統(tǒng)二色鏡的局限性，是共聚焦顯微鏡實現(xiàn)靈活、快速、多色成像的升級方案，也是唯一能與白光激光源耦合的主分光裝置。

工作原理

核心機制：基于聲光晶體效應，向晶體施加特定射頻信號，形成類“動態(tài)光柵” 的聲波場，使選定波長光發(fā)生布拉格偏轉，分離激發(fā)光（反射至樣本）與發(fā)射光（透射至探測器）；

偏振補償：針對熒光發(fā)射光（非偏振）易分裂問題，采用“雙晶體結構”，第一晶體（C1）分裂的偏振光經(jīng)第二晶體（C2）校正后同軸出射，保障光路與成像質量。

核心特性

透射效率：晶體覆防反射涂層，發(fā)射光平均透射率高；

波長靈活性：調射頻信號可控制可見光區(qū)任意波長分光；

切換速度：電子控制適配毫秒級動態(tài)觀測；

主分光裝置作為共聚焦顯微鏡實現(xiàn)“光學切片”的核心，其技術演進始終圍繞著光信號分離的精準與效率。傳統(tǒng)的二色鏡以其高穩(wěn)定性與透射率，為基礎熒光成像提供了可靠保障；而創(chuàng)新的聲光光束分割器則憑借其波長靈活可調、切換極速以及與白光激光器的無縫耦合，突破多維成像的局限。理解共聚焦顯微鏡不同分光裝置的特性，是優(yōu)化成像策略、拓展科研邊界的關鍵。

光子灣3D共聚焦顯微鏡

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光子灣共聚焦顯微鏡以原位觀察與三維成像能力，為精密測量提供表征技術支撐，助力從表面粗糙度與性能分析的精準把控，成為推動多領域技術升級的重要光學測量工具。

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