[发明专利]基于无衍射超分辨光束照明的非标记远场超分辨显微系统及方法

权利要求书

1.一种基于无衍射超分辨光束照明的非标记远场超分辨显微系统，其包括沿光路布置的无衍射超分辨光束照明模块、样品二维扫描模块、显微光学模块、超分辨成像模块；其特征在于：

所述无衍射超分辨光束照明模块用于产生无衍射超分辨光束，其包括激光器（1）、光纤耦合器（2）、光纤（3）、光纤准直器（4）、超衍射透镜（5）；光纤耦合器（2）和光纤准直器（4）分别与光纤（3）两端连接，激光器（1）输出波长为λ的激光束，通过光纤耦合器（2）耦合进入光纤（3），并由光纤（3）输出端的光纤准直器（4）进行准直输出；所输出的准直激光束，同轴垂直入射超衍射透镜（5）底部，透射光在超衍射透镜（5）顶部输出，在其后的空间形成无衍射超分辨光束；

所述样品二维扫描模块，用于在扫描成像过程中对样品在XY平面内位置进行控制；其包括二维压电扫描台（10）、玻璃载片（11）；玻璃载片（11）用于安放样品（12），玻璃载片（11）安装在二维压电扫描台（10）上；

所述显微光学模块，用于获取光束的无衍射超分辨光束光强分布、样品的光学显微图像和无衍射超分辨光束与样品的相对位置；其包括显微物镜（13）、一维纳米位移压电台2（14）、分束器（15）、筒镜1（16）和数字相机（17），构成一个衍射受限的传统无限远光学显微镜；所述显微物镜（13）固定在一维纳米位移压电台2（14）上，两者沿Z轴方向放置，并与Z轴同轴；筒镜1（16）光轴沿Y方向；分束器（15） 用于将传统无限远光学显微镜的光轴由Z方向转换到Y方向；

所述超分辨成像模块，用于收集超分辨光学信号，并结合样品二维扫描模块，实现给定Z轴位置的平面内的二维超分辨显微扫描成像，并实现三维扫描层析成像；其包括所述显微物镜（13）、所述一维纳米位移压电台2（14）、所述分束器（15）、筒镜2（18）、针孔（19）、三维调节机构（20）、准直透镜（21）、光电倍增管（22）、数据采集卡（23）、一维位移调节机构（24）和计算机（25）；显微物镜（13）、一维纳米位移压电台2（14）、分束器（15）、筒镜2（18）、针孔（19）、三维调节机构（20）、准直透镜（21）、光电倍增管（22）依次沿Z轴同轴放置；所述显微物镜（13）固定在一维纳米位移压电台2（14）上，通过一维纳米位移压电台2（14），控制显微物镜（13）焦点与样品在Z轴方向的相对位置，结合样品二维扫描模块，实现对样品的三维扫描层析成像；针孔（19）位于筒镜2（18）的焦点位置，并固定在三维调节机构（20）上，通过调节三维调节机构（20）确保针孔（19）位于筒镜2（18）的焦点位置；准直透镜（21）用于收集通过针孔（19）的光能量，并将其送入光电倍增管（22），由光电倍增管（22）输出的光强度信号，通过数据采集卡（23）输入计算机（25）；传统显微光学模块和超分辨成像模块作为一个整体，安装在一维位移调节机构（24）上，由此来控制显微物镜（13）与样品二维扫描模块中样品（12）在Z方向的相对位置。

2.根据权利要求1所述的基于无衍射超分辨光束照明的非标记远场超分辨显微系统，其特征在于，所述超衍射透镜工作距离大于200λ，所产生的无衍射超分辨光束长度大于100λ，该光束可以从厚度大于300λ的玻璃载片底部入射，并穿玻璃载片和玻璃载片顶部的测试样品，并能在样品内部形成超分辨照明，所述光束的半高全宽小于衍射极限0.5λ/NA，其中λ为照明光的波长，NA为超衍射透镜的数值孔径。