[发明专利]基于受激发射损耗特性的超分辨率显微成像装置和方法

权利要求书

1.一种基于受激发射损耗特性的超分辨率显微成像装置的超分辨率显微成像方法，所述基于受激发射损耗特性的超分辨率显微成像装置包括：沿光束传播方向依次设置超连续谱激光源(1)、光纤(3)、二向色镜(6)，超连续谱激光源(1)用于提供激发光束和损耗光束；经由超连续谱激光源(1)提供的激发光束和损耗光束经光纤(3)耦合后，再经过二向色镜(6)分离得到激发光束和损耗光束，以分别形成激发光路和损耗光路；沿激发光路传播方向依次设置有激发光束滤光片(7)、光程调节台(8)和第一偏振分光棱镜PBS(9)，激发光束经第一偏振分光棱镜PBS(9)后得到两束线偏振光束，其中一束线偏振光束由相位光栅(11)在x方向上分为两束激发光；另一束线偏振光束由相位光栅(16)在y方向上分为两束激发光；四束激发光由第二偏振分光棱镜PBS(18)重新组合；沿损耗光路传播方向依次设置有损耗光束滤光片(19)和第一偏振分光棱镜PBS(20)，损耗光束经第一偏振分光棱镜PBS(20)后得到两束线偏振光束，其中一束线偏振光束由相位光栅(22)在x方向上分为两束损耗光；另一束线偏振光束由相位光栅(27)在y方向上分为两束损耗光；四束损耗光由第二偏振分光棱镜PBS(29)重新组合；四束激发光和四束损耗光通过二向色镜(30)后，两两合束得到四束合成光束；在二向色镜(30)后，沿光束传播方向依次设置样品台(31)、发射滤光片(33)和相机(34)；所述相机(34)放置在发射滤光片(33)后，用于采集荧光图像，其中相机(34)为sCMOS相机；

其特征在于，所述超分辨率显微成像方法包括以下步骤：

a.对采集的荧光图像处理后，生成非零空间频率的有效照明光强分布图；

b.将网格状的有效照明光强分布图分别沿着x、y两个方向进行m*m次相移，得到m*m幅有效照明图像，并将有效照明图像分别与艾里斑进行卷积运算，构成m*m幅原始图，其中m为正整数；

c.利用m*m幅原始图，以及对应的x方向和y方向的相位，求解得到m*m幅频域分量图；

d.对频域分量图中的m*m个频域分量进行组合，得到重建高分辨率图像所需的完整的傅里叶频域分量；

e.将傅里叶频域分量经过傅里叶反变换后得到时域图像，即为重建的高分辨率图像。

2.如权利要求1所述的显微成像方法，其特征在于，用于生成非零空间频率的有效照明光强分布图的函数表示为：

其中，x、y分别表示水平和竖直两个方向的坐标，i₀为激发光的强度，a为损耗光的强度，k₀代表频率、分别代表光束在水平和竖直两个方向的相位。

3.如权利要求2所述的显微成像方法，其特征在于，正整数m取值为9、10、11、12、13中的任意一个；a/i₀的值为4或者5。

4.如权利要求1所述的显微成像方法，其特征在于，所述光程调节台(8)放置在激发光束滤光片(7)和第一偏振分光棱镜PBS(9)之间，用于控制激发光束的延迟，使激发光束和损耗光束可同时到达样品台。