[发明专利]一种基于强度差分的三维超分辨显微方法和装置

权利要求书

1.一种基于强度差分的三维超分辨显微方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)控制第一光源处于开启状态，第二光源和第三光源处于关闭状态，所述第一光源发出的第一工作光束准直后转换为第一线偏振光；

2)将所述第一线偏振光进行光路偏转，偏转后的第一线偏振光经聚焦和准直后转换为圆偏振光投射到待测样品上，以实现对待测样品的扫描；

3)在扫描过程中收集所述待测样品各扫描点发出的信号光，滤去杂散光得到第一信号光强I₁(x，y，z)，其中x，y，z为扫描点的三维坐标，并生成相应的图像；

4)控制第一光源处于关闭状态，第二光源和第三光源处于开启状态，所述第二光源和第三光源发出第二工作光束和第三工作光束分别准直后转换为第二线偏振光和第三线偏振光；

5)将所述第二线偏振光和第三线偏振光经位相调制后分别转换为第一调制光束和第二调制光束；

6)对所述第一调制光束和第二调制光束进行光路偏转，偏转后的第一调制光束和第二调制光束经聚焦和准直后转换为相应的圆偏振光投射到待测样品上，以实现对步骤3)中的扫描点的二次扫描；

7)在扫描过程中收集所述待测样品各扫描点发出的信号光，滤去杂散光得到第二信号光强I₂(x，y，z)，其中x，y，z为扫描点的三维坐标，并生成相应的图像；

8)根据公式I(x，y，z)＝I₁(x，y，z)-γI₂(x，y，z)计算有效信号光强I(x，y，z)，并利用I(x，y，z)得到超分辨图像。

2.如权利要求1所述的基于强度差分的三维超分辨显微方法，其特征在于，对所述第二线偏振光进行位相调制的调制函数为：

式中：ρ为光束上某点与光轴的距离，为光束垂直光轴剖面内位置极坐标矢量与x轴的夹角。

3.如权利要求1所述的基于强度差分的三维超分辨显微方法，其特征在于，对所述第三线偏振光进行位相调制的调制函数为：

式中：ρ为光束上某点与光轴的距离，为光束垂直光轴剖面内位置极坐标矢量与x轴的夹角，R为入射光束的剖面半径。

4.如权利要求3所述的基于强度差分的三维超分辨显微方法，其特征在于，所述第一光源与第二光源和第三光源之间的切换频率为对所述样品进行点扫描频率的两倍。

5.如权利要求3所述的基于强度差分的三维超分辨显微方法，其特征在于，所述第一光源与第二光源和第三光源之间的切换频率与对所述样品进行帧扫描频率相等。

6.如权利要求1所述的基于强度差分的三维超分辨显微方法，其特征在于，当有效信号光强值I(x，y，z)为负时，设置I(x，y，z)＝0，其中x，y，z为扫描点的三维坐标。

7.一种基于强度差分的三维超分辨显微装置，包括，包括第一光源、第二光源、第三光源、承载待测样品的纳米位移台和将光线投射到所述待测样品的显微物镜，其特征在于，还包括：

位于所述第一光源的光路上的第一起偏器；

沿所述第二光源的光路依次布置的第二起偏器和第一位相调制器；

沿所述第三光源的光路依次布置的第三起偏器和第二位相调制器；

用于将所述第一光源、第二光源和第三光源的光路上的光线进行偏转的扫描振镜系统；

依次布置的分别用于对所述扫描振镜系统出射的光线进行聚焦和准直的扫描透镜和场镜；

用于将准直后的光束转换为圆偏振光的1/4波片，所述圆偏振光通过所述显微物镜投射到所述待测样品上；

并设有控制所述第一光源、第二光源、第二光源、纳米位移台和扫描振镜系统的控制器及收集所述待测样品发出的信号光的探测系统。

8.如权利要求7所述的基于强度差分的三维超分辨显微装置，其特征在于，所述第一位相调制器的调制函数为：

式中：ρ为光束上某点与光轴的距离，为光束垂直光轴剖面内位置极坐标矢量与x轴的夹角。

9.如权利要求7所述的基于强度差分的三维超分辨显微装置，其特征在于，所述第二位相调制器的调制函数为：

式中：ρ为光束上某点与光轴的距离，为光束垂直光轴剖面内位置极坐标矢量与x轴的夹角，R为入射光束的剖面半径。

10.如权利要求7所述的基于强度差分的三维超分辨显微装置，其特征在于，所述显微物镜的数值孔径NA＝1.4。