双光子显微成像光源 —— SPARK LASERS飞秒激光器如何助力 Mini2P 微型双光子显微镜

SPARK LASERS 如何助力 Mini2P 微型双光子显微镜？

1. 什么是 Mini2P？

Mini2P 是一款微型双光子显微镜，专为在自由活动小鼠中实现高分辨率、高速钙成像而设计。其核心目标是在不干扰动物自然行为的前提下，对多种行为状态下的神经活动进行稳定、高质量的动态观测。

与传统台式双光子显微镜（通常将动物固定，限制其运动）不同，Mini2P 极轻巧——整机重量不足 3 克，可轻松佩戴于小鼠头部，使其自由探索环境。这种“无束缚"成像对于揭示真实行为背后的神经机制至关重要。

2. 当前面临的主要挑战

尽管 Mini2P 是一个具有价值的开源项目，有望推动神经科学研究的普及，但其搭建过程仍存在显著门槛，尤其对缺乏光学或激光系统经验的实验室而言：

• 系统集成复杂：完整 Mini2P 系统需多个关键组件协同工作，包括：

- 飞秒激光器

- 激光到光纤的耦合装置（通常包含一个“耦合盒"，内含多达 4 根玻璃棒，用于预补偿 HC-920 空心光子晶体光纤引入的群延迟色散 GDD）

- 多组光学元件，用于准直光束并将光纤输出高效耦合至微型显微镜

图1：传统方案中，需使用含多根玻璃棒的耦合盒对 HC-920 光纤的 GDD 进行预补偿。

从 GitHub 上的 Mini2P_toolbox 可见，构建耦合盒、处理 HC-920 光纤等步骤涉及大量精密操作，耗时且技术要求高。

• 光纤脆弱，制备繁琐：HC-920 光纤极为敏感，易受灰尘污染，且耦合过程需专用工具（见图2）：

- 光纤清洁套件

- 功率计（用于验证耦合效率）

- 剥纤钳与紫外胶（用于将光纤固定至准直器）

图2：传统光纤耦合所需典型设备。

一旦光纤用胶水固化，若在实验中损坏，几乎无法更换，导致整个系统停摆。

•  环境敏感性强：耦合盒对振动和温度波动高度敏感，必须安装在昂贵的防振光学平台上，增加了成本与空间占用。

3. SPARK LASERS 的创新解决方案

针对上述痛点，SPARK LASERS 凭借其在飞秒激光与特种光纤集成领域逾三年的工业级经验，为 Mini2P 用户提供了一套高度集成、即插即用的激光解决方案：

✅ 一体化光纤输出，直连 Mini2P

SPARK LASERS 的 FLeX 系列激光器已将 HC-920 光纤在工厂内完成精密耦合，并配备标准准直输出接口，用户只需将其直接接入 Mini2P 显微镜即可（见图3）。

图3：SPARK LASERS 激光器提供预装 HC-920 光纤与准直器，无需用户自行组装。

具体优势如下：

• 取消耦合盒与玻璃棒（见图4）

得益于激光器内置高达 +120,000 fs² 甚至更高的正 GDD 预补偿能力，可抵消 HC-920 光纤传输带来的色散效应，无需额外使用玻璃棒进行外部补偿。

图4：光纤在激光器内部完成耦合与色散预补偿，省去外部复杂光路。

• 出厂预对准，免调试

  所有光纤耦合与光束整形均在洁净工厂环境中完成，用户无需面对自由空间光路对准、玻璃棒调节等高难度操作，大幅降低技术门槛。

• 抗干扰能力强，无需防振平台
  通过优化光束质量（M²）、偏振消光比及热稳定性，SPARK LASERS 确保系统在常规实验环境下长期稳定运行，摆脱对昂贵防振平台的依赖。

•  光纤可快速更换（见图5）
  耦合单元采用模块化设计，集成旋转式半波片，仅需松开一颗螺丝即可更换光纤。配套的可拆卸保护锥进一步提升光纤在运输与使用中的安全性。

  
  

图5：光纤损坏后可便捷更换，保障实验连续性。

4. 总结

SPARK LASERS 通过深度理解 Mini2P 的技术需求，打造了真正面向用户的“开箱即用"激光平台，其核心价值体现在：

· ✅ Turn-key 解决方案：集成 HC-920 光纤、准直器与优耦合效率，开箱即用；

· ✅ 智能色散管理：内置大范围正 GDD 预补偿，省去耦合盒与玻璃棒；

· ✅ 人性化设计：支持快速光纤更换，并可选配多光束模块等创新附件，拓展并行成像等应用。

这些创新不仅显著简化了 Mini2P 的部署流程，更提升了系统的可靠性、可维护性与实验效率，让科研人员能够将精力聚焦于神经科学本身，而非复杂的光学搭建。

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