一种基于空间光调制器的超分辨显微成像装置及方法与流程

1.本发明涉及一种基于空间光调制器的超分辨显微成像装置及方法，属于光学显微成像领域。


背景技术：

2.由于受到衍射极限的影响,传统光学显微镜的分辨率被限制在半个波长左右。近二十年来出现了许多通过不同方法绕过光学衍射极限的超分辨成像技术,其中,受激辐射损耗显微(stimulated emission depletionmicroscopy,sted)通过引入一束环形损耗光来抑制荧光光斑外围荧光分子的发光,以达到减小点扩散函数的目的,实现超分辨成像。超分辨显微技术的发明,对于生物医学、材料学等领域有着非常重要的意义，然而传统的sted系统由激发光路和损耗光路组成，两束光共同耦合进共轴显微扫描系统，整个sted结构庞大，且系统分辨率与整体显微扫描速度成反比，在需要不同分辨率的场景下需要更换损耗光中的光学元件，更换元件后整体光路需要再去调节共轴，十分不便。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种基于空间光调制器的超分辨显微成像装置及方法，结构简单、操作方便、分辨率超高且动态可调。
4.为实现上述目的，本技术提出提供一种基于空间光调制器的超分辨显微成像装置，包括光源、偏振分束棱镜、激发光路、损耗光路、共轴系统；
5.所述的光源前设有偏振分束棱镜，所述的偏振分束棱镜的一侧出口设有激发光路，偏振分束棱镜的另一侧出口设有损耗光路；所述的激发光路的出口侧耦合进共轴系统；所述的损耗光路出口耦合进共轴系统；所述的共轴系统的一侧设有成像系统，所述的共轴系统的另一侧设有待测样品。
6.进一步的，所述的激发光路依次设有模块、起偏器、光澜、扩束准直系统、半波片、1/4波片a、分束器、空间光调制器、第三透镜、第四透镜、二向色镜a。
7.进一步的，所述的损耗光路依次设有滤波片a、第一反射镜、扩束准直模块、第一透镜、第二透镜、第二反射镜、二向色镜b。
8.进一步的，所述的共轴系统依次设有聚焦透镜、滤波片b、二向色镜b、二向色镜a、1/4波片b、显微物镜；所述的聚焦透镜在靠近成像系统一侧。
9.进一步的，所述的聚焦透镜、滤波片b、二向色镜b构成成像光路；所述的二向色镜、1/4波片、显微物镜构成共轴显微扫描光路。
10.进一步的，所述的光源为连续谱激光器。
11.进一步的，所述的第三透镜和第四透镜组成4f系统，所述的第一透镜和第二透镜组成4f系统。
12.进一步的，所述的成像系统由成像模块和后续数据程序拼接组成。
13.本发明申请还保护一种基于空间光调制器的超分辨显微成像方法，包括以下步
骤：
14.s1.光源产生的光束经过偏振分束棱镜变为激发光和损耗光。
15.s2.激发光经过滤波、扩束、准直后再经过第一透镜、第二透镜组成的4f系统后由反射镜和二向色镜耦合进共轴系统；
16.s3.损耗光经过波长筛选、滤波、扩束、准直后进去空间光调制器，经过空间光调制器调制后，损耗光变为涡旋光束，涡旋损耗光经过第三透镜和第四透镜组成的4f系统后，从4f系统经二向色镜耦合进共轴系统；
17.s4.激发光和损耗光由共轴显微光路聚焦到待测样品上；
18.s5.成像光路与共轴光路同轴，随后经过二向色镜到达滤波片，得到只有涡旋中心微小光斑，随后由聚焦透镜聚焦到成像系统。
19.有益效果：与传统的受激辐射损耗显微系统相比，本专利采用单光源对系统光路结构进行简化，同时损耗光由空间光调制器进行涡旋调制，可以实时调节光漩涡大小；实时调节的涡旋光束可以在不改变现有光路结构的情况下对整个系统的分辨率进行调整，可以根据不同应用场景对系统快速调整；
20.本发明专利所提出的基于空间光调制器的超分辨显微成像装置及方法在生物医学、材料学领域将有巨大的优势，同时该方法对于共轴光学系统显微成像的简化打下了基础，为超分辨显微分辨率实时快速调整指明了方向；
21.本专利所述的基于空间光调制器的超分辨显微成像装置及方法，具有结构简单、超高分辨率、分辨率动态可调等优势。
附图说明
22.图1为一种基于空间光调制器的超分辨显微成像装置。
23.图中序号说明：1、光源；2、偏振分束棱镜；3、模块；4、起偏器；5、光澜；6、扩束准直系统；7、半波片；8、1/4波片a；9、分束器；10、空间光调制器；11、第三透镜；12、第四透镜；13、二向色镜a；14、1/4波片b；15、显微物镜；16、待测样品；17、滤波片a；18、第一反射镜；19、扩束准直模块；20、第一透镜；21、第二透镜；22、第二反射镜；23、二向色镜b(23)；24、滤波片b；25、聚焦透镜；26、成像模块。
具体实施方式
24.下面结合附图1和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：以此为例对本技术做进一步的描述说明。
25.实施例1
26.如图1所示，本实施例提供一种基于空间光调制器的超分辨显微成像装置，包括光源1、偏振分束棱镜2、激发光路、损耗光路、共轴系统；
27.所述的光源1前设有偏振分束棱镜2，所述的偏振分束棱镜2的一侧出口设有激发光路，偏振分束棱镜2的另一侧出口设有损耗光路；所述的激发光路的出口侧耦合进共轴系统；所述的损耗光路出口耦合进共轴系统；所述的共轴系统的一侧设有成像系统，所述的共轴系统的另一侧设有待测样品16。
28.所述的激发光路依次设有模块3、起偏器4、光澜5、扩束准直系统6、半波片7、1/4波
片a 8、分束器9、空间光调制器10、第三透镜11、第四透镜12、二向色镜a 13。
29.所述的损耗光路依次设有滤波片a 17、第一反射镜18、扩束准直模块19、第一透镜20、第二透镜21、第二反射镜22、二向色镜b23。
30.所述的共轴系统依次设有聚焦透镜25、滤波片b 24、二向色镜b 23、二向色镜a 13、1/4波片b 14、显微物镜15；所述的聚焦透镜25在靠近成像系统一侧。
31.所述的聚焦透镜25、滤波片b 24、二向色镜b 23构成成像光路；所述的二向色镜13、1/4波片14、显微物镜15构成共轴显微扫描光路。
32.所述的光源1为连续谱激光器。
33.所述的第三透镜11和第四透镜12组成4f系统，所述的第一透镜20和第二透镜21组成4f系统。
34.所述的成像系统由成像模块26和后续数据程序拼接组成。
35.一种基于空间光调制器的超分辨显微成像方法，包括以下步骤：
36.s1.光源1产生的光束经过偏振分束棱镜变为激发光和损耗光。
37.s2.激发光经过滤波、扩束、准直后再经过由第一透镜20、第二透镜21组成的4f系统后由反射镜22和二向色镜23耦合进共轴系统；
38.s3.损耗光经过波长筛选、滤波、扩束、准直后进去空间光调制器10，经过空间光调制器10调制后，损耗光变为涡旋光束，涡旋损耗光经过第三透镜11和第四透镜12组成的4f系统后，从4f系统经二向色镜13耦合进共轴系统；
39.s4.激发光和损耗光由共轴显微光路聚焦到待测样品16上；
40.s5.成像光路与共轴光路同轴，随后经过二向色镜23到达滤波片24，得到只有涡旋中心微小光斑，随后由聚焦透镜25聚焦到成像系统。
41.实施例2
42.在实际应用中，光源1为连续谱激光器；所述的激发光路，激光器发出的光束由偏振分束棱镜2分出，经过滤波片17和反射镜18后进去扩束准直模块19，再经过第一透镜20、第二透镜21组成的4f系统后由反射镜22和二向色镜23耦合进共轴系统；
43.所述的损耗光路，损耗光为偏振分束棱镜2分出的另一束光，经过波长选择模块3和起偏器4后筛选出损耗光所需波长，随后经过光澜5和扩束准直系统6进入半波片7和1/4波片a 8组成的偏振和相位调制模块，经过调制的损耗光进入空间光调制器10，经过空间光调制器调制的涡旋损耗光由分束器9进入第三透镜11、第四透镜12组成的4f系统，从4f系统经二向色镜13耦合进共轴系统；
44.所述的共轴扫描显微光路，共轴显微光路由1/4波片b 14和显微物镜15组成，激发光和损耗光由共轴显微光路聚焦到待测样品16上；所述的成像光路，成像光路由二向色镜23、滤波片24、聚焦透镜25组成，成像光路与共轴光路同轴，随后经过二向色镜到达滤波片，得到只有涡旋中心微小光斑，随后由透镜聚焦到成像系统；
45.所述的成像系统，成像系统由成像模块26和后续数据拼程序接组成。
46.以上内容是结合具体的优选技术方案对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护。