[发明专利]基于激光诱导瞬态小孔探针的超分辨光学成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学成像方法，基于激光诱导瞬态小孔探针的超分辨光学成像方法。

背景技术

随着社会不断发展，科学技术不断进步，用光学方法来实现纳米级无损伤成像 已经成为各个领域迫切的需求。然而，由于光学系统存在极限，也就是说，在光学 扫描成像系统中，扫描光斑不能缩到无限小，其存在一个极小值，我们称此极小值 为“光学衍射极限”。1873年，德国科学家阿贝(Abbe)根据衍射理论首次推导出 衍射分辨极限，后来瑞利(Rayleigh)将阿贝衍射理论归纳为一个公式：

r~0.61λNA---(1)]]>

其中r表示最小分辨距离，λ表示激光波长，NA表示系统的数值孔径大小，NA值 的大小由系统所决定。所以在扫描光学显微系统中，如果想要减小扫描光斑的尺寸， 根据公式(1)就能发现其具有两个途径，一是采用波长更短的激光光源来成像，二 是采用数值孔径更高的系统来实现成像。然而，过于短的波长会对样品产生伤害， 系统的数值孔径最大值也只是能接近1.5。

材料的非线性效应指的是强光作用下由于介质的非线性极化而产生的效应。主 要包括非线性吸收与非线性折射，即当一束截面光强不均匀的强激光透过非线性材 料时，其截面上不同光强的部分处，非线性材料对这些部分的吸收系数与折射率不 同，吸收系数和折射率的大小与材料所处部分的光强大小有关。并且不同的非线性 材料对激光存在饱和吸收和反饱和吸收之分，即一部分非线性材料的吸收系数随着 光强的增大而减小，而另一部分非线性材料的吸收系数随着光强的增大而增大。

激光基于产生的原理，其出射的光束在横截面上光的强度呈高斯分布，也就是 说越靠近中心的光强越强，越远离中心的光强越弱，当激光光束在光学系统中缩小 到衍射极限时，其横截面的光强分布还是呈高斯分布。这就提供一种可能，让处于 极限值大小的聚焦光斑再透过一层非线性薄膜，此非线性薄膜对光越强的部分吸收 越小，对光越弱的部分吸收越强，从而当聚焦光斑通过此薄膜以后，其有效半径进 一步减小，诱导出比衍射极限大小更小的瞬态小孔探针，然后对样品进行扫描，超 分辨光学成像。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于激光诱导瞬态小孔探针的超分辨光学成像方法。 扫描显微镜成像系统当中，让聚焦光束透过一层非线性薄膜材料，例如Sb非线性薄 膜，并将盖玻片的有膜面紧挨着样品表面，然后对样品进行扫描成像。利用非线性 材料的特性，其光斑截面中心区域与边上区域的透过率不同，产生中间透过率高两 边透过率低的现象，从而使透过光斑有限半径变窄，在非线性材料内部诱导产生瞬 态小孔探针，实现超分辨远场光学成像。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种基于激光诱导瞬态小孔探针的超分辨光学成像方法，其特点在于，该方法 包括以下步骤：

a)在盖玻片上用磁控溅射的方法镀上一层非线性材料薄膜；

b)将上述镀完薄膜的盖玻片紧贴于待测样品表面，且有膜面紧挨着样品；

c)在扫描显微镜系统中对样品进行扫描成像。

另一种方案是：

一种基于激光诱导瞬态小孔探针的超分辨光学成像方法，该方法包括以下步骤：

a)在样品上用磁控溅射的方法镀上一层非线性材料薄膜；

b)在扫描显微镜系统中对样品进行扫描成像。

所述的步骤a)中的非线性材料是Sb、Te、Sb₂Te₃、Sb₇₀Te₃₀、InSb、Ge₂Sb₂Te₅、 或AgInSbTe材料。

所述的步骤a)中的非线性材料的薄膜厚度在20nm到100nm之间。

所述的步骤c)中的扫描显微系统采用的光波长为405nm或者658nm。