[发明专利]一种基于光纤纳米锥尖的偏振调制式显微成像装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于光纤纳米锥尖的偏振调制式显微成像装置及方法，该装置主要用于纳米粒子的近场偏振显微成像。该装置由光源调制模块、照明与收集模块、检偏与探测模块、控制与图像处理模块组成。通过控制模块控制光源调制模块进行入射光偏振态的调制，经过保偏光纤到达锥形针尖对样品进行照明，再经过检偏模块的成像光路到达探测模块，最后通过图像处理模块获得纳米粒子样品的偏振参数信息，该装置具有近场偏振调制激发和多参数偏振图像获取以及全偏振态庞加莱球映射的能力。

技术领域

本发明属于偏振显微成像领域，具体涉及一种基于光纤纳米锥尖的偏振调制式显微成像装置及方法。该装置及方法主要用对纳米粒子的近场偏振显微成像探测，具有近场偏振调制激发、多偏振态参数反演以及全偏振态庞加莱球映射的特点。

背景技术

对纳米粒子进行显微成像，当直接引入近场照明时，样品表面的精细结构会被动地将近场倏逝波转化为传播波。利用直径小于入射波长的光纤纳米锥尖产生的近场倏逝波照明，然后在远场采集转换后的传播波，可以进行超分辨率成像。目前偏振显微成像主要采用远场光波照明与远场收集探测的方式，对于几十个纳米尺寸级别的粒子，由于衍射极限的限制，该方法存在分辨率不足的缺点。公开号CN 110849818 A申请专利的偏振参数装置采用远场照明，但不能够收集纳米粒子的近场倏逝波的传播信息。公开号CN 106707484 A申请专利采用近场照明的方法，缺点是不具有偏振调制和多参数信息反演的能力。

发明内容

为了收集样品的近场精细结构信息和偏振参数信息，并对纳米粒子样品的全偏振态信息进行庞加莱球映射。本发明提供了一种基于光纤纳米锥尖的偏振调制式显微成像装置及方法，该技术方案是这样实现的：

一种基于光纤纳米锥尖的偏振调制式显微成像装置及方法，用于纳米粒子的偏振显微成像检测，该装置由光源调制模块、照明与收集模块、检偏与探测模块、控制与图像处理模块组成。所述的光源调制模块由激光器、保偏光纤、电控偏振调制器组成；所述的照明与收集模块由保偏光纤、三维位置控制器、纳米光纤锥尖、样品、载玻片、倒置显微物镜组成；所述的检偏与探测模块由1/4波片、线性偏振片、成像透镜、CCD探测器组成。

所述的一种基于光纤纳米锥尖的偏振调制式显微成像装置及方法的光源调制模块采用光纤连接式电控偏振调制器。

所述的一种基于光纤纳米锥尖的偏振调制式显微成像装置及方法的光源调制模块采用电控偏振调制器调制入射光在YZ平面为总共N个沿Z轴不同角度的线偏光出射，角度最大范围可从沿Z轴0°开始绕X轴旋转到360°，间隔为(θ_max/N)°。

所述的一种基于光纤纳米锥尖的偏振调制式显微成像装置及方法的光源调制模块的光纤均采用保偏光纤。

所述的一种基于光纤纳米锥尖的偏振调制式显微成像装置及方法的照明与收集模块采用光纤纳米锥尖作为纳米粒子的照明光源，利用光纤纳米锥尖出射的近场线偏振光照射纳米粒子样品，实现近场激发与远场收集成像。

所述的一种基于光纤纳米锥尖的偏振调制式显微成像装置及方法的检偏探测模块的1/4波片的快轴在XY平面沿X轴呈0°，线偏振片快轴在XY平面沿X轴呈45°。

所述的一种基于光纤纳米锥尖的偏振调制式显微成像装置及方法的控制模块，利用电压信号同步控制激光器、电控偏振调制器和CCD探测器。开启激光器的同时，开启电控偏振调制器和CCD，每个电压信号使得入射线偏振光在YZ平面绕X轴旋转(θ_max/N)°，并同步CCD探测器采集一幅图像。

所述的一种基于光纤纳米锥尖的偏振调制式显微成像装置及方法的偏振成像方法，其特征在于控制电控偏振调制器在YZ平面等间隔旋转通过总的θ_max＝360°，总共N步，第k步的旋转角度θ_k＝(k-1)*θ_max/N，k＝1，2，3…，N。第k步探测的光强I_k：