[发明专利]一种激发光偏振高速调控装置

说明书

本发明公开了一种激发光偏振高速调控装置，包括：激发光偏振调控机构，用于将所述激发光调制机构产生的两束或三束激发光偏振调制为偏振方向垂直于激发光光轴所在平面的线偏振光，并将调制后的两束或三束激发光输送至显微成像系统，完成结构光照明超分辨成像所需的条纹状照明。本发明一种激发光偏振高速调控装置，即可实现微秒量级的高速调控，又不会限制激发光的通光孔径，实现了结构光照明超分辨成像技术所需的激光偏振状态的高速调制。

技术领域

本发明属于激光偏振控制技术领域，具体涉及一种激发光偏振高速调控装置。

背景技术

超分辨率荧光显微成像技术可以突破光学衍射极限的限制，有效观察样本的微小结构，因此近年来获得了极大的关注和广泛的应用。结构光照明超分辨显微成像技术(Structure Illumination Microscope，简称SIM技术)是超分辨率荧光显微成像的一种。SIM技术利用周期分布的条纹状激发光照明样品，在荧光信号激发过程中，照明条纹和样品本身的空间频率发生混频，使得样品中的高频信息被调制到低频区域，从而能够被光学系统所探测，进而利用衍射受限的荧光图像重建出突破衍射极限的清晰图像。SIM技术的成像过程是在整个二维平面/三维空间同时操作完成，因此相对于其他超分辨成像技术，SIM技术的成像速度更快，适合研究高度动态的样本。

在SIM技术中，提高条纹状激发光的明暗对比度是实现高信噪比探测和高质量超分辨重建的关键。而条纹状激发光通常由排成一列的两束(二维SIM)或三束(三维SIM成像)线偏振激光干涉产生，只有线偏振光束的偏振方向垂直于光束光轴所在平面时才能获得最佳干涉效果，从而获得最佳的条纹明暗对比度。此外，由于重建图像的需要，SIM技术需要使用少于等于三种(线性SIM)或多于等于五种(非线性SIM)不同方向的条纹状激发光照明样品，而不同方向激发条纹对应不同的激发光束排布方向和不同的最佳偏振方向。因此为了获得最优化的成像效果和较快的成像速度，需要高速调节激发光的排布方向和偏振方向。目前SIM技术通常使用空间光调制器改变激发光的排布方向的，响应速度为亚毫秒量级；而调节激发光偏振状态常用的“液晶偏振调制器”的响应时间为10ms量级，偏振调制速度严重限制了SIM技术对高度动态过程的研究。此外，现有的高速可调的相位延迟器件通光口径较小，不能让中心光束和外侧两束光同时通过，从而无法满足SIM技术的需求。

本发明旨在解决SIM技术中的三束/两束大口径激发光的偏振高速调控问题，给出一种满足所有SIM技术需求的多束激光偏振状态调控方法，既可实现微秒量级的高速响应，又不会限制通光孔径。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足之处，本发明提供了一种激发光偏振高速调控装置。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种激发光偏振高速调控装置，包括：

激发光偏振调控机构，用于将激发光调制机构产生的两束或三束激发光偏振调制为偏振方向垂直于激发光光轴所在平面的线偏振光，并将调制后的两束或三束激发光输送至显微成像系统，完成结构光照明超分辨成像所需的条纹状照明。

进一步的，所述激发光调制机构包括激发光发生组件、第一扩束透镜组、第一偏振分束器、消色差半波片、空间光调制器和第一透镜，

所述第一扩束透镜组，用于将激发光发生组件产生的初始激发光进行扩束；

所述第一偏振分束器，用于将经扩束后的初始激发光进行分束后，将经分束后得到的激发光依次发送至所述消色差半波片和空间光调制器；

所述空间光调制器，用于将从所述消色差半波片接收到的激发光进行调制，并将调制后的激发光分为两或三束后，再依次将两或三束激发光发送给所述消色差半波片和第一偏振分束器；

所述第一透镜，用于将依次经过所述消色差半波片和第一偏振分束器的两或三束激发光汇聚成平行光后，将平行的两或三束激发光发送给所述激发光偏振调控机构。