[发明专利]一种基于一阶贝塞尔光束的STED超分辨显微镜及调节方法

权利要求书

1.一种受激辐射损耗超分辨显微镜，其特征在于，所述受激辐射损耗超分辨显微镜包括：激发光光源、损耗光光源、激发光扩束准直系统、损耗光扩束准直系统、螺旋形相位板、贝塞尔光束产生系统、损耗光聚焦透镜、合束系统、物镜、压电扫描系统、滤波片、信号收集系统和单光子探测器；其中，所述激发光光源输出的激发光依次经过激发光扩束准直系统和合束系统后充满物镜的入瞳；所述损耗光光源输出的线偏振的损耗光依次经过扩束准直系统、螺旋形相位板、贝塞尔光束产生系统和损耗光聚焦透镜，通过合束系统和激发光精确合束后，再由物镜聚焦到样品上；样品放置在压电扫描系统上，通过压电扫描系统扫描样品，样品产生的信号光经过滤波片，再通过信号收集系统进入单光子探测器，从而得到样品的超分辨图像；所述损耗光聚焦透镜与物镜满足共焦条件，构成共焦系统，经贝塞尔光束产生系统产生的一阶贝塞尔光束，通过损耗光聚焦透镜和物镜聚焦后，形成的聚焦光斑为轴向的线光；激发光在物镜后形成的聚焦光斑为点光，通过调节贝塞尔光束产生系统与损耗光聚焦透镜之间的距离，使得激发光的聚焦光斑的点光的中心位于贝塞尔光束的聚焦光斑的线光的轴向中心，并且通过调节合束系统使损耗光与激发光的聚焦光斑的横向精确重合。

2.如权利要求1所述的受激辐射损耗超分辨显微镜，其特征在于，所述贝塞尔光束产生系统采用角锥镜，通过调节角锥镜和损耗光聚焦透镜之间的距离，使得激发光在物镜后形成的点光的中心位于贝塞尔光束的线光的轴向中心；所述角锥镜的顶角越大，物镜后一阶贝塞尔光束的线光的轴向长度越长。

3.如权利要求1所述的受激辐射损耗超分辨显微镜，其特征在于，所述贝塞尔光束产生系统采用环形模板和一个准直透镜，所述环形模板在准直透镜的前焦面处，通过调节准直透镜与损耗光聚焦透镜之间的距离，使得激发光在物镜后形成的点光的中心位于贝塞尔光束的线光的轴向中心。

4.如权利要求3所述的受激辐射损耗超分辨显微镜，其特征在于，所述环形模板包括一个透光的圆环和其余不透光的底板，其中透光的圆环的宽度与经物镜聚焦后产生的线光的轴向长度有关，环的宽度越宽，线光的长度越长。

5.如权利要求1所述的受激辐射损耗超分辨显微镜，其特征在于，所述贝塞尔光束产生系统采用空间光调制器，通过调节空间光调制器和损耗光聚焦透镜之间的距离使激发光在物镜后形成的点光的中心位于贝塞尔光束的线光的轴向中心。

6.如权利要求1所述的受激辐射损耗超分辨显微镜，其特征在于，所述合束系统采用第一和第二双色镜，两个双色镜的透过光具有重合的波段，并且信号光的波段位于两个双色镜的透过光重合的波段内。

7.如权利要求6所述的受激辐射损耗超分辨显微镜，其特征在于，对于损耗光与激发光平行，且损耗光和激发光与信号光垂直的情况，第一双色镜为对损耗光全反射，而对激发光全透射，并且对信号光全透射；第二双色镜为对激发光全反射，对信号光全透射；从而平行的损耗光和激发光分别经过第一双色镜全反射和第二双色镜全反射后，两路光路合束，共同进入物镜聚焦后，入射至样品产生信号光，信号光分别经第一和第二双色镜全透射，由信号收集系统收集。

8.如权利要求6所述的受激辐射损耗超分辨显微镜，其特征在于，对于损耗光与激发光垂直，且损耗光与信号光平行的情况，第一双色镜为对损耗光全反射，而对激发光全透射，并且对信号光全透射；第二双色镜为对激发光全透射，对信号光全反射；从而损耗光经过第一双色镜全反射后，与经过第一和第二双色镜全透射后的激发光，两路光路合束，共同进入物镜聚焦，入射至样品产生信号光，信号光分别经第一双色镜全透射后，经第二双色镜全透射，由信号收集系统收集。

9.如权利要求1所述的受激辐射损耗超分辨显微镜，其特征在于，在螺旋形相位板与贝塞尔光束产生系统之间设置二分之一玻片，并且在物镜前放置四分之一玻片，从而将损耗光从线偏振调整为左旋圆偏振光。

10.一种受激辐射损耗超分辨显微镜的调节方法，其特征在于，所述调节方法包括以下步骤：

1)激发光光源输出的激发光依次经过激发光扩束准直系统和合束系统后充满物镜的入瞳；损耗光光源输出的线偏振的损耗光依次经过扩束准直系统、螺旋形相位板、贝塞尔光束产生系统和损耗光聚焦透镜，通过合束系统和激发光精确合束后，再由物镜聚焦到样品上；样品放置在压电扫描系统上，通过压电扫描系统扫描样品，样品产生的信号光经过滤波片，再通过信号收集系统进入单光子探测器，从而得到样品的超分辨图像；

2)通过调节贝塞尔光束产生系统与损耗光聚焦透镜之间的距离，使得激发光的聚焦光斑的点光的中心位于贝塞尔光束的聚焦光斑的线光的轴向中心；

3)通过调节合束系统使损耗光与激发光的聚焦光斑的横向精确重合：

a)损耗光与激发光平行且损耗光和激发光与信号光垂直的情况，第一双色镜为对损耗光全反射，而对激发光全透射，并且对信号光全透射；第二双色镜为对激发光全反射，对信号光全透射；从而平行的损耗光和激发光分别经过第一双色镜全反射和第二双色镜全反射后，两路光路合束，通过分别调节第一和第二双色镜的角度，分别改变损耗光和激发光的偏转角，从而使得损耗光与激发光的聚焦光斑的横向精确重合；

b)损耗光与激发光垂直且损耗光与信号光平行的情况，第一双色镜为对损耗光全反射，而对激发光全透射，并且对信号光全透射；第二双色镜为对激发光全透射，对信号光全反射；从而损耗光经过第一双色镜全反射后，与经过第一和第二双色镜全透射后的激发光，两路光路合束，通过调节第一双色镜的角度，改变损耗光的偏转，从而使得损耗光与激发光的聚焦光斑的横向精确重合；

4)调节损耗光聚焦透镜与物镜之间的距离，使得经贝塞尔光束产生系统产生的一阶贝塞尔光束，通过损耗光聚焦透镜和物镜聚焦后，形成的聚焦光斑的轴向最长。