用于体积多光子成像的自局域超快笔形光束

多维系统中组织化光学态的形成对于理解光与物质相互作用以及推进光整形技术至关重要。在此，我们报告了在标准多模光纤（MMF）中临界功率附近自局域超快笔形光束的观测，并展示了其在体积多光子成像中的应用。我们表明，传统上被认为有害的阶跃折射率 MMF 中的自聚焦可以促进具有旁瓣抑制贝塞尔型光束轮廓的非线性时空局域态的形成，展现出显著改善的稳定性和噪声特性。通过简单地将过填充的轴上高斯光束发射到标准 MMF 中，可以通过自局域过程生成高质量的超快笔形光束，并轻松集成到现有的多光子点扫描显微镜中。我们将这种自局域笔形光束应用于完整小鼠肠神经系统的双光子成像，以衍射极限高斯光束为基准，并优于传统贝塞尔光束，具有更低的旁瓣和更强的抗组织像差能力。最后，我们通过结合 NAD(P)H-FAD 代谢表型分析和分钟级分辨率的 3D 扫描，监测了活体人血脑屏障模型中的转铁蛋白摄取动态，揭示了空间和时间分辨的细胞间和细胞内异质性。我们的发现为多维光学系统的非线性动力学提供了新的见解，并为生成稳健的超快笔形光束提供了一种有前景的方法，从而能够实现高通量 3D 生物系统成像，以阐明生物转运途径并指导需要细胞特异性递送的疗法设计。