Broadband light generation from a single-mode optical fiber was developed for high-resolution optical coherence tomography (OCT). No noise amplification was observed for light broadened by self-phase modulation. The investigation showed that the intensity noise of light broadened by self-phase modulation in a single-mode optical fiber was much lower than that of continuum light from a microstructure fiber (MSF). The spectral width of a femtosecond input laser pulse was successfully broadened by a factor of 11, and a coherence length of 3.7 μm was achieved with this source. The application of light broadened by a single-mode optical fiber and MSF was compared for use in OCT imaging. The results showed that a single-mode fiber with a small core diameter is a useful way to generate low-noise, broadband light for high-resolution OCT imaging.

Abstract Glaucoma is a blinding disease where the retinal ganglion cells and their axons degenerate. Degradation of axonal microtubules is thought to play a critical role in the pathogenesis, but the mechanism is unknown. Here we investigate whether microtubule disruption in glaucoma can be alleviated by metabolic rescue. The morphology and integrity of microtubules of the retinal nerve fibers were evaluated by second-harmonic generation microscopy in a mouse model of glaucoma, DBA/2, which received a dietary supplement of nicotinamide to reduce metabolic stress. It was compared with control DBA/2, which did not receive nicotinamide, and non-glaucomatous DBA/2- Gpnmb+ . We found that morphology but not microtubules are significantly protected by nicotinamide. Furthermore, from co-registered images of second-harmonic generation and immunofluorescence, it was determined that microtubule deficit was not due to a shortage of tubulins. Microtubule deficit colocalized with the sectors in which the retinal ganglion cells were disconnected from the brain, indicating that microtubule disruption is associated with axonal transport deficit in glaucoma. Together, our data suggests significant role axonal microtubules play in glaucomatous degeneration, offering a new opportunity for neuroprotection.

Wideband light generation from a single mode optical fiber was investigated. Investigation showed that spectral structure of light broadened by self-phase modulation was not sensitive to fluctuations of the input pulse energy, and its intensity noise was much lower than that of contimuum light from a microstructure fiber. The spectral width of a femtosecond input laser pulse was successfully broadened by a factor of eleven, and a longitudinal resolution of OCT was improved from 35 to 3.7 μm. The system empoyed a dynamic focusing tracking method to maintain high lateral resolution over a large imaging depth.

Abstract We describe a novel microscopy for studying the network of axons in the unlabeled fresh wholemount retina. The intrinsic radiation of second harmonic generation (SHG) was utilized to visualize single axons of all major retinal neurons, i.e., photoreceptors, horizontal cells, bipolar cells, amacrine cells, and the retinal ganglion cells. The cell types of SHG+ axons were determined using transgenic GFP/YFP mice. New findings were obtained with retinal SHG imaging: Müller cells do not maintain uniformly polarized microtubules in the processes; SHG+ axons of bipolar cells terminate in the inner plexiform layer (IPL) in a subtype-specific manner; a subset of amacrine cells, presumably the axon-bearing types, emits SHG; and the axon-like neurites of amacrine cells provide a cytoskeletal scaffolding for the IPL stratification. To demonstrate the utility, retinal SHG imaging was applied for testing whether the inner retina is preserved in glaucoma, using DBA/2 mice as a model of glaucoma and DBA/2- Gpnmb+ as the non-glaucomatous control. It was found that the morphology of the inner retina was largely intact in glaucoma and the pre-synaptic compartments to the retinal ganglion cells were uncompromised. It proves retinal SHG imaging as a promising technology for studying the physiological and diseased retina in 3D.