[发明专利]受激辐射损耗显微成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及光学显微检测仪器设计及制造领域，尤其是涉及一种受激辐射损耗显微成像系统。

背景技术

超分辨光学显微术对生物医学和材料学等领域的研究具有革命性地推动作用，其研究进展在很多科学领域内都产生了深远的影响。受激辐射损耗（Stimulated Emission Depletion，STED）显微术是建立在激光共聚焦显微术基础上的一种光学超分辨显微术，是首先提出也是最直接地客服光学衍射极限的远场光学显微术，相对于其它类型的超分辨显微术，成像速度相对较快，能够对活细胞进行成像，在生物医学研究中可以探测更精细的结构，也为材料科学领域研究提供了新手段。STED超分辨显微术的分辨能力主要依赖于损耗光束，一个半峰全宽窄、中心光强为零的圆环形中空损耗光焦斑对于STED显微术分辨率影响至关重要，已成为STED超分辨显微术中的研究热点问题，是建造STED超分辨显微镜的基础。

为了形成好的圆环形中空损耗光焦斑，当前的STED超分辨显微系统中通常使用圆偏振光，通过一个0-2π的静态涡旋相位片进行调制以形成损耗光焦斑；此外，也展开了采用特殊的偏振光用以生成损耗光焦斑的研究，偏振状态的获得是靠玻片等静态光学元件将激光发出的线偏振光转换成某种固定的偏振态。

但是，当前STED显微系统中损耗光生成方法的缺点是显著的，主要表现在两方面：一、现有STED系统中的损耗光焦斑在理论上并不好，损耗光焦斑的影响因素是多方面的，这是由于光束是由振幅、相位、偏振态组成的矢量光束，矢量光束的这三个物理量均会影响到损耗光焦斑分布，当前的研究往往只从一个物理量研究损耗光焦斑，这样从理论上难以得到好的损耗光焦斑分布模型；二、损耗光实现时均采用静态的光学元件，STED超分辨系统的适用范围受到了限制，例如采用静态的涡旋相位片，在实验条件发生变化时实验效果会大打折扣，这是因为涡旋相位片只适用于一个较窄范围的损耗光波长，当用于损耗光的激光波长发生变化时，需要采用新的涡旋相位片。

发明内容

本发明的目的是：提供一种受激辐射损耗显微成像系统，该受激辐射损耗显微成像系统具有很高的光学分辨率。

本发明的技术方案是：一种受激辐射损耗显微成像系统，包括激发光激光、第一二色镜、荧光激发和成像单元、损耗光激光、矢量光束调制单元及控制单元；

所述荧光激发和成像单元包括：第二二色镜、XY振镜扫描部件、扫描透镜、筒镜、物镜、探测针孔及光电倍增管，其中，所述探测针孔位于所述成像镜头的焦点处；

所述矢量光束调制单元用于对入射的损耗光激光光束的振幅、相位及偏振态进行调制；

所述激发光激光出射的光束分别由所述第一二色镜、第二二色镜反射，再依次经所述XY振镜扫描部件、扫描透镜、筒镜和物镜后，聚焦于所述物镜焦点处并形成激发光焦斑，所述激发光焦斑激发待测组织样本中的荧光分子产生荧光；

所述损耗光激光出射的光束经所述矢量光束调制单元调制后透射所述第一二色镜，再经所述第二二色镜反射后、依次经所述XY振镜扫描部件、扫描透镜、筒镜和物镜后，聚焦于所述物镜焦点处并形成圆环形损耗光斑，所述圆环形损耗光斑损耗所述激发光焦斑周围激发态的荧光分子，使所述激发光焦斑周围的荧光分子不再产生荧光，而中央区域的荧光分子产生荧光；其中，所述圆环形损耗光斑中央光强为零；

所述荧光依次经所述物镜、筒镜、扫描透镜、XY振镜扫描部件后、再透射所述第二二色镜后进入所述成像镜头，并被所述成像镜头聚焦在所述探测针孔处，从所述探测针孔出射的荧光被所述光电倍增管探测，所述光电倍增管并将所述荧光转换为电信号；

所述控制单元还电性连接于所述XY振镜扫描部件和光电倍增管，用于同步采集所述光电倍增管的电信号与XY振镜扫描部件的位置坐标并进行关联，以生成待测组织样本区域图像。

下面对上述技术方案进一步解释：

所述矢量光束调制单元包括λ/2玻片、偏振分束棱镜、第一棱镜、第二棱镜、液晶空间光调制器、第一扩束镜、中空光阑及第二扩束镜，其中，所述中空光阑设于所述第一扩束镜焦点处；

所述损耗光激光出射的光束经所述λ/2玻片进入所述偏振分束棱镜，并在所述偏振分束棱镜的分束面分解为第一光束和第二光束，其中，所述第一光束和第二光束的偏振方向相互垂直，光强相同；