[发明专利]一种镜面辅助三维超分辨显微成像系统及方法

权利要求书

1.一种镜面辅助三维超分辨显微成像系统，其特征在于，该系统包括：第一激光器、二分之一波片、偏振分光棱镜、第一光学反射镜、第一空间光调制器、第二激光器、第二光学反射镜、第二空间光调制器、第三光学反射镜、二向色镜、四分之一波片、显微物镜与介质膜反射镜；

所述第一激光器用于产生损耗光光束；

所述二分之一波片位于损耗光光束的光轴上，用于将损耗光中第二偏振分量子光束的偏振方向从垂直于纸面方向旋转至平行于纸面；

所述偏振分光棱镜位于损耗光光束的光轴上，用于消除所述损耗光光束中的垂直纸面分量，得到第一平行线偏振光；

所述第一光学反射镜位于所述第一平行线偏振光的光路上，用于对所述第一平行线偏振光进行光线折转，使得折转后的光束能够入射到所述第一空间光调制器上；

所述第一空间光调制器用于对所述第一平行线偏振光的光束进行第一相位调制，得到第一调制光束，用于生成不同轴向位置的三维空心损耗光斑并使第一调制光束入射到所述二向色镜；

所述第二激光器用于产生激发光光束；

所述第二光学反射镜位于所述激发光光束的光轴上，用于对所述激发光光束进行光线折转，使得折转后的光束能够入射到所述第二空间光调制器上；

所述第二空间光调制器，用于对所述激发光光束进行第二相位调制，得到第二调制光束，用于生成不同轴向位置的实心焦斑以激发不同深度的荧光分子，其中，为了保证所生成的实心激发焦斑的中心与三维空心损耗光斑的中心在轴向的同一位置，第一相位调制与第二相位调制必须相对应地加载环形相位，改变环形相位的复杂程度进而实现不同轴向深度的三维超分辨成像；

所述第三光学反射镜位于所述第二调制光束的光轴上，用于对所述第二调制光束进行光线折转，使得折转后的第二调制光束入射到所述二向色镜；

所述二向色镜位于所述第一调制光束的光轴上，用于将第一调制光束完全透射，得到第一工作光束，同时将第二调制光束完全反射，得到第二工作光束，且由二向色镜透射的光束的光轴与由二向色镜反射的光束的光轴重合；

设xyz坐标系中，x轴与纸面平行且与所述第一工作光束的光轴垂直，y轴与纸面垂直，z轴与所述第一工作光束的光轴平行；

所述四分之一波片垂直于z轴放置，其快轴位于xy坐标面内的第二和第四象限，并与x轴成45°夹角；所述四分之一波片用于将所述第一工作光束转换为第一圆偏振光，其旋转方向为左旋；同时将所述第二工作光束转换为第二圆偏振光，其旋转方向为右旋；

所述显微物镜用于将所述第一圆偏振光投射到所述介质膜反射镜上，且入射到所述介质膜反射镜上的光束为第一投射光束；同时用于将所述第二圆偏振光投射到所述介质膜反射镜上，且入射到所述介质膜反射镜上的光束为第二投射光束；

所述介质膜反射镜位于所述显微物镜的焦平面处，用于放置待测的生物样品，同时将所述第一投射光束进行反射得到第一反射光束，将所述第二投射光束进行反射得到第二反射光束；所述介质膜反射镜的反射特性使得所述第一反射光束与所述第一投射光束在所述介质膜反射镜的反射面处的相位差为π的偶数倍，所述第二反射光束与所述第二投射光束在所述介质膜反射镜的反射面处的相位差为π的偶数倍。

2.如权利要求1所述的一种镜面辅助三维超分辨显微成像系统，其特征在于：该系统还包括第一单模光纤、第一准直透镜、第二单模光纤和第二准直透镜；

所述第一单模光纤和第一准直透镜位于所述损耗光光束的光轴上，用于对所述第一激光器产生的损耗光光束进行准直得到准直损耗光光束；

所述第二单模光纤和第二准直透镜位于所述激发光光束的光轴上，用于对所述第二激光器产生的激发光光束进行准直得到准直激发光光束。

3.如权利要求2所述的一种镜面辅助三维超分辨显微成像系统，其特征在于：所述第一准直透镜与所述二分之一波片之间设置声光调制器，用于通过计算机准确控制损耗光的光强大小。

4.如权利要求1所述的一种镜面辅助三维超分辨显微成像系统，其特征在于：所述二分之一波片、偏振分光棱镜位于损耗光光束的光轴上，用于消除准直损耗光光束中的垂直纸面分量，得到第一平行线偏振光。