详细了解超短脉冲的空间和时间特性非常重要——特别是对于低于 ∼200 fs 的脉冲——在物镜的焦点上的，以确保很好的分辨率和高效率非线性光子产生。在活体样品成像的情况下，脉冲强度的定量指标也是必要的，以保持样品的活性。低效率的脉冲形状会导致不希望的光漂白。本节中，我们将介绍光电二极管中干涉式双光子吸收自相关 (TPAA) 的方法以及用于一阶、二阶和三阶色散的自相关测量的示例。干涉测量自相关方法的优势在于它们易于实现并且适用于优化大多数多光子成像应用的激发效率。然而，就其无法提取实际脉冲形状和相位而言，使得它们从根本上受到限制，因此，通常假设高斯或双曲正割 (sech) 整形函数。针对这种情况，已经开发出一系列与显微镜非常匹配的更复杂的脉冲测量技术；即频率分辨光开关 (FROG) 和用于直接电场重建的光谱相位干涉测量法 (SPIDER) ，它们能够提供额外的信息。此外，多光子脉冲内干涉相位扫描 (MIIPS) 不仅可以测量脉冲，还可以对其进行整形。有许多论文详细介绍了使用执行自相关作为衡量显微镜系统双光子成像性能的效果。
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多光子显微镜设计实用指南（10）
4.2 脉冲测量
详细了解超短脉冲的空间和时间特性非常重要——特别是对于低于 ∼200 fs 的脉冲——在物镜的焦点上的，以确保很好的分辨率和高效率非线性光子产生。在活体样品成像的情况下，脉冲强度的定量指标也是必要的，以保持样品的活性。低效率的脉冲形状会导致不希望的光漂白。本节中，我们将介绍光电二极管中干涉式双光子吸收自相关 (TPAA) 的方法以及用于一阶、二阶和三阶色散的自相关测量的示例。干涉测量自相关方法的优势在于它们易于实现并且适用于优化大多数多光子成像应用的激发效率。然而，就其无法提取实际脉冲形状和相位而言，使得它们从根本上受到限制，因此，通常假设高斯或双曲正割 (sech) 整形函数。针对这种情况，已经开发出一系列与显微镜非常匹配的更复杂的脉冲测量技术；即频率分辨光开关 (FROG) 和用于直接电场重建的光谱相位干涉测量法 (SPIDER) ，它们能够提供额外的信息。此外，多光子脉冲内干涉相位扫描 (MIIPS) 不仅可以测量脉冲，还可以对其进行整形。有许多论文详细介绍了使用执行自相关作为衡量显微镜系统双光子成像性能的效果。
4.2a 干涉自相关
自相关测量是通过在其自身上扫描相同的脉冲副本来进行的。这是通过将脉冲传播通过干涉仪来实现的，其中一个臂具有可变长度，因此能够提供可调节的时间延迟 (τ)。平衡自相关器每个臂的的材料和涂层都一样，使每个脉冲经历相同量的色散。此外，可以执行干涉自相关，以便使用物镜的全孔径（在物镜的整个NA下进行测量），从而给出了成像条件下性能的准确表征。
要将光束与有意义的脉冲宽度信息进行自相关，必须在物镜焦点处放置一种材料，该材料能够产生非线性、强度相关的信号。这种与强度相关的相互作用充当超快门控功能，允许使用具有显着低于光脉冲带宽或频率响应的检测器对脉冲进行时间相关测量。
获得自相关的一种典型且简单的方法是测量含有荧光染料的样品的TPEF。更容易的是使用 GaAsP 光电二极管，它在600 至 1360 nm 具有双光子光谱响应。该带宽足以覆盖钛蓝宝石激光器的可调谐范围和用于多光子显微镜的许多其它激光器的典型中心频率。此外，GaAsP 光电二极管价格低廉，并且不易受到荧光染料典型的光漂白或光损伤问题的影响。
图 15 是三个不同自相关的示例。除了激光的相干长度外，一阶相关性没有揭示任何有关脉冲宽度的信息。使用非线性、强度相关信号的高阶自相关可以提供有关脉冲中色散量和色散类型的信息。对于二阶干涉自相关，包络函数的峰值与非零基线的比率为 8:1，而对于三阶自相关，该比率为 32:1。图 16 所示为通过二阶自相关测量的GDD 对超短脉冲的影响的示例（图中为 GDD的3375 fs2对超短脉冲 (= 64 fs) 的二阶自相关影响。初始脉冲为黄色，色散脉冲为蓝色。包络被归一化为基线值。）。
DOI：https://doi.org/10.1364/AOP.7.000276
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