[发明专利]一种基于结构光的流式高速超分辨成像装置及方法

说明书

本发明提出了一种基于结构光的流式高速超分辨成像装置及方法。本发明装置包括：飞秒脉冲激光器、耦合器、第一光电探测器、任意波形发生器、第一泵浦激光器、第一波分复用器、色散补偿光纤、第二波分复用器、第二泵浦激光器、光电调制器、环形器、准直器、衍射光栅、第一平凸透镜、第二平凸透镜、显微物镜、观测对象、第二光电探测器、高速示波器、数据处理单元。本发明通过装置对飞秒脉冲的光谱进行编码产生具有多种相位的脉冲，光谱编码脉冲通过衍射得到线性一维色散脉冲的结构光聚焦于观测对象上，观测对象的信息编码至线性一维色散脉冲中被光电探测器和高速示波器连续探测和采集，并在数据处理单元中获得高质量图像。

技术领域

本发明属于高速超分辨成像领域，尤其涉及一种基于结构光的流式高速超分辨成像装置及方法。

背景技术

成像技术是人类认识自然和改造自然的重要工具之一，目前已经在众多的领域中获得了广泛的应用。对于在微流体通道内细胞或者微粒等的筛选和分类，具有高空间分辨和高时间分辨能力并能长时间连续成像的装置和方法可以使得不仅筛选和分类的细胞数量和速度得到极大的提高，并能实现很高的筛选和分类精度。研究具有高空间和高时间分辨的成像装置和方法一直是人们追求的目标之一，但是目前的成像技术大多分别讨论如何在成像过程中单一的提高空间分辨率或时间分辨率，未能同时对两者进行改进，并且现有高速超分辨装置和方法无法实现长时间连续观测。

当前，应用最广泛的成像技术是使用电荷藕合器件图像传感器和互补性氧化金属半导体成像器件，但其由于成像帧速率低的原因，无法实现超快过程的连续探测。泵浦-探测技术可以实现ps乃至fs量级的时间分辨率，但是需要多次重复测量，通常只适用于非破坏性的、人造的事件的观测，并且其无法突破衍射极限的限制获得高空间分辨的图像。

当前提高空间分辨率的主要方法有饱和结构照明显微技术、受激发射损耗显微技术、光激活定位显微技术和随机光学重构显微技术等，这些具有高空间分辨能力的成像技术其时间分辨率只能达到微秒级别。

因此，当前迫切需要一种具有高空间和高时间分辨率性能的成像装置和方法可以实现对微流体通道内的细胞或微粒等连续长时间观测。

发明内容

针对现有的成像技术大多只单一方面的在时间分辨率和空间分辨率上改进，未能同时对两者进行改进的缺陷，对在微流体通道内细胞或微粒等成像时，提出一种基于结构光的流式高速超分辨成像装置及方法，同时具有高空间和高时间分辨率的性能，并能克服现有高速超分辨不能满足长时间连续观测的要求，以实现对微流体通道内细胞或微粒等的连续观测，获得高质量的图像，满足筛选、分类的速度和精度要求。

本发明装置的技术方案为一种基于结构光的流式高速超分辨成像装置，其特征在于，包括：飞秒脉冲激光器、耦合器、第一光电探测器、任意波形发生器、第一泵浦激光器、第一波分复用器、色散补偿光纤、第二波分复用器、第二泵浦激光器、光电调制器、环形器、准直器、衍射光栅、第一平凸透镜、第二平凸透镜、显微物镜、观测对象、第二光电探测器、高速示波器、数据处理单元；

所述飞秒脉冲激光器与所述耦合器连接；所述的耦合器、第一光电探测器、任意波形发生器依次串联连接；所述的耦合器、第一波分复用器、色散补偿光纤、第二波分复用器依次串联连接；所述第一波分复用器与所述第一泵浦激光器连接；所述第二波分复用器与所述第二泵浦激光器连接；所述任意波形发生器与所述光电调制器连接；所述第二波分复用器与所述光电调制器连接；所述的光电调制器、环形器、准直器依次串联连接；所述衍射光栅以一定距离d₁和角度θ₁置于所述准直器前方；所述第一平凸透镜以一定的距离d₂和角度θ₂置于所述衍射光栅前方；所述第二平凸透镜以一定的距离d₃平行的置于所述第一平凸透镜前方；所述显微物镜以一定的距离d₄平行的置于所述第二平凸透镜前方；所述观测对象以一定的距离d₅平行置于所述显微物镜前方；所述的环形器、第二光电探测器、高速示波器、数据处理单元依次串联连接。