[发明专利]基于双螺旋光束的样品轴向漂移检测及补偿方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于高精度、超分辨显微领域，特别涉及一种基于双螺旋光束的样品轴向漂移实时检测及补偿方法和装置。

背景技术

由于热漂移、应力漂移等因素的影响，超分辨显微系统中的待测样品不可避免地会在轴向上发生位置漂移，从而发生离焦现象，影响显微成像的精度。对于需要对同一样品面进行多次重复成像的显微方法（比如基于单分子定位的超分辨显微术）来说，这种轴向漂移所带来的影响将更为明显，因为轴向漂移将导致多次重复成像的并非为同一样品面。因此，一种可以实时对样品的轴向位置漂移进行检测并进行补偿的方法在显微系统中具有十分重要的应用价值。

近年来，研究人员们陆续提出了多种样品轴向位置校正方法。其中，基于光学的方法以其非接触、对样品影响小等优势应用最为广泛。然而，目前基于光学的样品轴向补偿方法多是基于共焦系统，虽然具有较好的测量精度，但是系统的调试与操作都较为复杂，从而在一定程度上限制了这些方法在实际中的应用。

发明内容

本发明提供了一种基于双螺旋光束的样品轴向漂移实时检测及补偿方法和装置，可以实现对于样品轴向位置漂移的实时高精度、大范围测量并进行校正。该种方法及装置便于搭建，操作简单，可以广泛地应用于各种光学显微系统之中，保证显微样品始终位于显微物镜的焦平面处。

一种基于双螺旋光束的样品轴向漂移检测及补偿方法，包括以下步骤：

1）将准直后的激光光束入射至空间光调制器内进行相位调制，得到双螺旋照明光束，所述的双螺旋照明光束的聚焦光斑呈现出两个强度峰值，且这两个强度峰值之间的连线在光束传播方向上具有旋转特性；

2）所述的双螺旋照明光束经聚焦投射到位于三维纳米扫描平台上的待测样品，经待测样品反射并被显微物镜收集得到反射光束；

3）所述反射光束经聚焦得到具有两个强度峰值的聚焦光斑，并利用光电感应器件接收所述的聚焦光斑，得到光斑强度分布信息；

4）根据所述的光斑强度分布信息计算两个强度峰值之间的连线与水平方向的夹角；

5）利用所述的夹角和样品轴向漂移量的关系建立标定函数；

6）当待测样品发生轴向位置漂移时，重复步骤1）～4），得到实时测量的夹角，根据所述的标定函数计算当前的样品轴向漂移量，并依据当前的样品轴向漂移量调整所述三维纳米扫描平台的轴向位置，完成对待测样品的轴向位置的校正。

所述空间光调制器的相位调制函数f(ρ,φ)设置为若干种不同GL基模复光场叠加场的相位分量，即，

U(ρ,φ,z)=∑u_mn(ρ,φ,z),n=0,1,2,…,m=2n+1

f(ρ,φ)=arg[U(ρ,φ,0)]

其中，(ρ,φ,z)为以显微物镜理想焦点为原点的柱坐标系的三个坐标分量，u_mn(ρ,φ,z)为第mn阶GL基模复光场，arg为复数的辐角函数。

具体地，第mn阶GL基模复光场u_mn(ρ,φ,z)的表达式为，