Abstract

We present a single-snapshot (SSS) method for obtaining intensity-resolved two-photon fluorescence (TPF). This simple method uses a digital camera to image the TPF spot on a liquid dye jet. By making a comparison between the local laser and TPF intensities, TPF probabilities are reconstructed. We compare our intensity-resolved TPF results with those obtained by the more common intensity scanning (IS) and z-scan methods. The dependence of the TPF probability on intensity obtained by the SSS method for coumarin-30 exhibits a clear maximum around I4×1012Wcm2 and a postsaturation decrease, while no such effects were found in the data obtained by the other methods. Additionally, theoretical models are presented to extract the overall probability from within the volume integral. To our knowledge, we present the first reported measurements of such intensity-resolved TPF.

© 2009 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. W. R. Zipfel, R. M. Williams, and W. W. Webb, Nat. Biotechnol. 21, 1369 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  2. T. A. Klar, S. Jakos, M. Dyba, A. Egner, and S. W. Hell, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97, 8206 (2000).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. H. Schroeder and S. L. Chin, Opt. Commun. 234, 399 (2004).
    [CrossRef]
  4. J. Liu, H. Schroeder, S. L. Chin, R. Li, and Z. Xu, Opt. Express 13, 10248 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. F. Théberge, S. M. Sharifi, S. L. Chin, and H. Schröder, Opt. Express 14, 10125 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. R. Kapoor, C. S. Friend, and A. Patra, J. Opt. Soc. Am. B 20, 1550 (2003).
    [CrossRef]
  7. C. Xu, J. Guild, W. Denk, and W. Webb, Opt. Lett. 20, 2372 (1995).
    [CrossRef] [PubMed]
  8. M. Kauert, P. C. Stoller, M. Frenz, and J. Rička, Opt. Express 14, 8434 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. A. Nag, A. K. De, and D. Goswami, J. Phys. B 42, 065103 (2009).
    [CrossRef]
  10. M. A. Walker, P. Hansch, and L. D. Van Woerkom, Phys. Rev. A 57, R701 (1998).
    [CrossRef]
  11. S. Jerebtsov, A. Kolomenskii, M. Poudel, F. Zhu, and H. Schuessler, J. Mod. Opt. 53, 2609 (2006).
    [CrossRef]
  12. O. Nakamura, Microsc. Res. Tech. 47, 165 (1999).
    [CrossRef] [PubMed]
  13. J. Strohaber and C. J. G. J. Uiterwaal, Phys. Rev. Lett. 100, 023002 (2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  14. W. A. Bryan, S. L. Stebbings, J. Mckenna, E. M. L. English, M. Suresh, J. Wood, B. Srigengan, I. C. E. Turcu, J. M. Smith, E. J. Divall, C. J. Hooker, A. J. Langley, J. L. Collier, I. D. Williams, and W. R. Newell, Nat. Phys. 2, 379 (2006).
    [CrossRef]

2009 (1)

A. Nag, A. K. De, and D. Goswami, J. Phys. B 42, 065103 (2009).
[CrossRef]

2008 (1)

J. Strohaber and C. J. G. J. Uiterwaal, Phys. Rev. Lett. 100, 023002 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

2006 (4)

W. A. Bryan, S. L. Stebbings, J. Mckenna, E. M. L. English, M. Suresh, J. Wood, B. Srigengan, I. C. E. Turcu, J. M. Smith, E. J. Divall, C. J. Hooker, A. J. Langley, J. L. Collier, I. D. Williams, and W. R. Newell, Nat. Phys. 2, 379 (2006).
[CrossRef]

S. Jerebtsov, A. Kolomenskii, M. Poudel, F. Zhu, and H. Schuessler, J. Mod. Opt. 53, 2609 (2006).
[CrossRef]

M. Kauert, P. C. Stoller, M. Frenz, and J. Rička, Opt. Express 14, 8434 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

F. Théberge, S. M. Sharifi, S. L. Chin, and H. Schröder, Opt. Express 14, 10125 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

2005 (1)

2004 (1)

H. Schroeder and S. L. Chin, Opt. Commun. 234, 399 (2004).
[CrossRef]

2003 (2)

R. Kapoor, C. S. Friend, and A. Patra, J. Opt. Soc. Am. B 20, 1550 (2003).
[CrossRef]

W. R. Zipfel, R. M. Williams, and W. W. Webb, Nat. Biotechnol. 21, 1369 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

2000 (1)

T. A. Klar, S. Jakos, M. Dyba, A. Egner, and S. W. Hell, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97, 8206 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

1999 (1)

O. Nakamura, Microsc. Res. Tech. 47, 165 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

1998 (1)

M. A. Walker, P. Hansch, and L. D. Van Woerkom, Phys. Rev. A 57, R701 (1998).
[CrossRef]

1995 (1)

Bryan, W. A.

W. A. Bryan, S. L. Stebbings, J. Mckenna, E. M. L. English, M. Suresh, J. Wood, B. Srigengan, I. C. E. Turcu, J. M. Smith, E. J. Divall, C. J. Hooker, A. J. Langley, J. L. Collier, I. D. Williams, and W. R. Newell, Nat. Phys. 2, 379 (2006).
[CrossRef]

Chin, S. L.

Collier, J. L.

W. A. Bryan, S. L. Stebbings, J. Mckenna, E. M. L. English, M. Suresh, J. Wood, B. Srigengan, I. C. E. Turcu, J. M. Smith, E. J. Divall, C. J. Hooker, A. J. Langley, J. L. Collier, I. D. Williams, and W. R. Newell, Nat. Phys. 2, 379 (2006).
[CrossRef]

De, A. K.

A. Nag, A. K. De, and D. Goswami, J. Phys. B 42, 065103 (2009).
[CrossRef]

Denk, W.

Divall, E. J.

W. A. Bryan, S. L. Stebbings, J. Mckenna, E. M. L. English, M. Suresh, J. Wood, B. Srigengan, I. C. E. Turcu, J. M. Smith, E. J. Divall, C. J. Hooker, A. J. Langley, J. L. Collier, I. D. Williams, and W. R. Newell, Nat. Phys. 2, 379 (2006).
[CrossRef]

Dyba, M.

T. A. Klar, S. Jakos, M. Dyba, A. Egner, and S. W. Hell, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97, 8206 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Egner, A.

T. A. Klar, S. Jakos, M. Dyba, A. Egner, and S. W. Hell, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97, 8206 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

English, E. M. L.

W. A. Bryan, S. L. Stebbings, J. Mckenna, E. M. L. English, M. Suresh, J. Wood, B. Srigengan, I. C. E. Turcu, J. M. Smith, E. J. Divall, C. J. Hooker, A. J. Langley, J. L. Collier, I. D. Williams, and W. R. Newell, Nat. Phys. 2, 379 (2006).
[CrossRef]

Frenz, M.

Friend, C. S.

Goswami, D.

A. Nag, A. K. De, and D. Goswami, J. Phys. B 42, 065103 (2009).
[CrossRef]

Guild, J.

Hansch, P.

M. A. Walker, P. Hansch, and L. D. Van Woerkom, Phys. Rev. A 57, R701 (1998).
[CrossRef]

Hell, S. W.

T. A. Klar, S. Jakos, M. Dyba, A. Egner, and S. W. Hell, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97, 8206 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Hooker, C. J.

W. A. Bryan, S. L. Stebbings, J. Mckenna, E. M. L. English, M. Suresh, J. Wood, B. Srigengan, I. C. E. Turcu, J. M. Smith, E. J. Divall, C. J. Hooker, A. J. Langley, J. L. Collier, I. D. Williams, and W. R. Newell, Nat. Phys. 2, 379 (2006).
[CrossRef]

Jakos, S.

T. A. Klar, S. Jakos, M. Dyba, A. Egner, and S. W. Hell, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97, 8206 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Jerebtsov, S.

S. Jerebtsov, A. Kolomenskii, M. Poudel, F. Zhu, and H. Schuessler, J. Mod. Opt. 53, 2609 (2006).
[CrossRef]

Kapoor, R.

Kauert, M.

Klar, T. A.

T. A. Klar, S. Jakos, M. Dyba, A. Egner, and S. W. Hell, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97, 8206 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Kolomenskii, A.

S. Jerebtsov, A. Kolomenskii, M. Poudel, F. Zhu, and H. Schuessler, J. Mod. Opt. 53, 2609 (2006).
[CrossRef]

Langley, A. J.

W. A. Bryan, S. L. Stebbings, J. Mckenna, E. M. L. English, M. Suresh, J. Wood, B. Srigengan, I. C. E. Turcu, J. M. Smith, E. J. Divall, C. J. Hooker, A. J. Langley, J. L. Collier, I. D. Williams, and W. R. Newell, Nat. Phys. 2, 379 (2006).
[CrossRef]

Li, R.

Liu, J.

Mckenna, J.

W. A. Bryan, S. L. Stebbings, J. Mckenna, E. M. L. English, M. Suresh, J. Wood, B. Srigengan, I. C. E. Turcu, J. M. Smith, E. J. Divall, C. J. Hooker, A. J. Langley, J. L. Collier, I. D. Williams, and W. R. Newell, Nat. Phys. 2, 379 (2006).
[CrossRef]

Nag, A.

A. Nag, A. K. De, and D. Goswami, J. Phys. B 42, 065103 (2009).
[CrossRef]

Nakamura, O.

O. Nakamura, Microsc. Res. Tech. 47, 165 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

Newell, W. R.

W. A. Bryan, S. L. Stebbings, J. Mckenna, E. M. L. English, M. Suresh, J. Wood, B. Srigengan, I. C. E. Turcu, J. M. Smith, E. J. Divall, C. J. Hooker, A. J. Langley, J. L. Collier, I. D. Williams, and W. R. Newell, Nat. Phys. 2, 379 (2006).
[CrossRef]

Patra, A.

Poudel, M.

S. Jerebtsov, A. Kolomenskii, M. Poudel, F. Zhu, and H. Schuessler, J. Mod. Opt. 53, 2609 (2006).
[CrossRef]

Ricka, J.

Schröder, H.

Schroeder, H.

Schuessler, H.

S. Jerebtsov, A. Kolomenskii, M. Poudel, F. Zhu, and H. Schuessler, J. Mod. Opt. 53, 2609 (2006).
[CrossRef]

Sharifi, S. M.

Smith, J. M.

W. A. Bryan, S. L. Stebbings, J. Mckenna, E. M. L. English, M. Suresh, J. Wood, B. Srigengan, I. C. E. Turcu, J. M. Smith, E. J. Divall, C. J. Hooker, A. J. Langley, J. L. Collier, I. D. Williams, and W. R. Newell, Nat. Phys. 2, 379 (2006).
[CrossRef]

Srigengan, B.

W. A. Bryan, S. L. Stebbings, J. Mckenna, E. M. L. English, M. Suresh, J. Wood, B. Srigengan, I. C. E. Turcu, J. M. Smith, E. J. Divall, C. J. Hooker, A. J. Langley, J. L. Collier, I. D. Williams, and W. R. Newell, Nat. Phys. 2, 379 (2006).
[CrossRef]

Stebbings, S. L.

W. A. Bryan, S. L. Stebbings, J. Mckenna, E. M. L. English, M. Suresh, J. Wood, B. Srigengan, I. C. E. Turcu, J. M. Smith, E. J. Divall, C. J. Hooker, A. J. Langley, J. L. Collier, I. D. Williams, and W. R. Newell, Nat. Phys. 2, 379 (2006).
[CrossRef]

Stoller, P. C.

Strohaber, J.

J. Strohaber and C. J. G. J. Uiterwaal, Phys. Rev. Lett. 100, 023002 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Suresh, M.

W. A. Bryan, S. L. Stebbings, J. Mckenna, E. M. L. English, M. Suresh, J. Wood, B. Srigengan, I. C. E. Turcu, J. M. Smith, E. J. Divall, C. J. Hooker, A. J. Langley, J. L. Collier, I. D. Williams, and W. R. Newell, Nat. Phys. 2, 379 (2006).
[CrossRef]

Théberge, F.

Turcu, I. C. E.

W. A. Bryan, S. L. Stebbings, J. Mckenna, E. M. L. English, M. Suresh, J. Wood, B. Srigengan, I. C. E. Turcu, J. M. Smith, E. J. Divall, C. J. Hooker, A. J. Langley, J. L. Collier, I. D. Williams, and W. R. Newell, Nat. Phys. 2, 379 (2006).
[CrossRef]

Uiterwaal, C. J. G. J.

J. Strohaber and C. J. G. J. Uiterwaal, Phys. Rev. Lett. 100, 023002 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Van Woerkom, L. D.

M. A. Walker, P. Hansch, and L. D. Van Woerkom, Phys. Rev. A 57, R701 (1998).
[CrossRef]

Walker, M. A.

M. A. Walker, P. Hansch, and L. D. Van Woerkom, Phys. Rev. A 57, R701 (1998).
[CrossRef]

Webb, W.

Webb, W. W.

W. R. Zipfel, R. M. Williams, and W. W. Webb, Nat. Biotechnol. 21, 1369 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Williams, I. D.

W. A. Bryan, S. L. Stebbings, J. Mckenna, E. M. L. English, M. Suresh, J. Wood, B. Srigengan, I. C. E. Turcu, J. M. Smith, E. J. Divall, C. J. Hooker, A. J. Langley, J. L. Collier, I. D. Williams, and W. R. Newell, Nat. Phys. 2, 379 (2006).
[CrossRef]

Williams, R. M.

W. R. Zipfel, R. M. Williams, and W. W. Webb, Nat. Biotechnol. 21, 1369 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Wood, J.

W. A. Bryan, S. L. Stebbings, J. Mckenna, E. M. L. English, M. Suresh, J. Wood, B. Srigengan, I. C. E. Turcu, J. M. Smith, E. J. Divall, C. J. Hooker, A. J. Langley, J. L. Collier, I. D. Williams, and W. R. Newell, Nat. Phys. 2, 379 (2006).
[CrossRef]

Xu, C.

Xu, Z.

Zhu, F.

S. Jerebtsov, A. Kolomenskii, M. Poudel, F. Zhu, and H. Schuessler, J. Mod. Opt. 53, 2609 (2006).
[CrossRef]

Zipfel, W. R.

W. R. Zipfel, R. M. Williams, and W. W. Webb, Nat. Biotechnol. 21, 1369 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

J. Mod. Opt. (1)

S. Jerebtsov, A. Kolomenskii, M. Poudel, F. Zhu, and H. Schuessler, J. Mod. Opt. 53, 2609 (2006).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. B (1)

J. Phys. B (1)

A. Nag, A. K. De, and D. Goswami, J. Phys. B 42, 065103 (2009).
[CrossRef]

Microsc. Res. Tech. (1)

O. Nakamura, Microsc. Res. Tech. 47, 165 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

Nat. Biotechnol. (1)

W. R. Zipfel, R. M. Williams, and W. W. Webb, Nat. Biotechnol. 21, 1369 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Nat. Phys. (1)

W. A. Bryan, S. L. Stebbings, J. Mckenna, E. M. L. English, M. Suresh, J. Wood, B. Srigengan, I. C. E. Turcu, J. M. Smith, E. J. Divall, C. J. Hooker, A. J. Langley, J. L. Collier, I. D. Williams, and W. R. Newell, Nat. Phys. 2, 379 (2006).
[CrossRef]

Opt. Commun. (1)

H. Schroeder and S. L. Chin, Opt. Commun. 234, 399 (2004).
[CrossRef]

Opt. Express (3)

Opt. Lett. (1)

Phys. Rev. A (1)

M. A. Walker, P. Hansch, and L. D. Van Woerkom, Phys. Rev. A 57, R701 (1998).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (1)

J. Strohaber and C. J. G. J. Uiterwaal, Phys. Rev. Lett. 100, 023002 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1)

T. A. Klar, S. Jakos, M. Dyba, A. Egner, and S. W. Hell, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97, 8206 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (4)

Fig. 1
Fig. 1

Experimental setup as viewed from above. A, variable attenuator; L 1 , 32 cm focusing lens; DJ, dye jet; IR, BG-39 IR filter; L 2 , collection lens; S, spectrometer; T, telescope; C, camera; z, relative distance between the focus and jet.

Fig. 2
Fig. 2

Spatially averaged TPF signal obtained using the IS method.

Fig. 3
Fig. 3

(a) TPF measured during z scan. (b) Reconstructed probability obtained by deconvolving the data in (a).

Fig. 4
Fig. 4

Reconstructed intensity-resolved TPF probability using the SSS method. Inset, digital image of the TPF spot on the dye jet.

Equations (3)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

S ( I 0 ) 0 I 0 P ( I ) V I d I .
P ( I 0 L ) ( I 0 L ( z ) d I 0 L ( z ) d z ) d d z [ I 0 L ( z ) S ( z ) ] .
S ( I R ) = 2 π σ Δ z 0 I 0 δ ( r ( I ) ξ ) P ( I ) r d r d I d I .

Metrics