[发明专利]一种基于涡旋光的全光纤sted显微镜

权利要求书

1.一种基于涡旋光的全光纤sted显微镜，其特征是：它由输入输出光纤(1)、1X2耦合器(2)、光衰减和相位调制器(3)、双包层过渡光纤(4)、多孔毛细管(5)、扇入扇出拉锥区(6)、异质多芯光纤(7)、低折射率套管(8)、模式转换拉锥区(9)、输出少模光纤(10)、低模间串扰光纤(11)、光纤聚焦透镜(12)和待测荧光物质(13)组成，所述系统中输入输出光纤(1)输入两种光波，一个是激发光，另一个是损耗光；激发光由光纤端口(1-2)输入，经过双包层过渡光纤(4)和多孔毛细管(5)插孔拉锥制备的扇入扇出拉锥区6，使激发光耦合至异质多芯光纤(7)中的某一纤芯，再经低折射率套管(3)和异质多芯光纤(7)组合拉锥成的模式转换拉锥区(9)，该激发光形成输出少模光纤(10)中的基模，再经低模间串扰光纤(11)传输至光纤聚焦透镜(12)，最后投射在待测荧光物质(13)表面，其光斑为高斯型；损耗光由光纤端口(1-3)或(1-4)输入，光波经1X2耦合器(2)被分成功率相等的两束，分别通过耦合器输出端接入后端双包层过渡光纤(4)，每一路中都有光衰减和相位调制器(3)用来控制光功率和相位，这两路光波通过扇入扇出拉锥区(6)被转换为异质多芯光纤中两个相同纤芯的导行基模，这组基模再由模式转换拉锥区(9)被转换为涡旋模式，经低模间串扰光纤(11)和光纤聚焦透镜(12)投射在待测荧光物质(13)表面，其光斑为环形；该损耗光的环形光斑抑制物质的荧光激发，而激发光的高斯光斑促进物质的荧光激发，环形光斑和高斯光斑重合的中央会形成一个小型的荧光激发区域，该区域产生的荧光同样会被光纤端接收，被光纤接收到的能量会反向通过整个器件，最终由单模输出端口(1-1)输出至接收器。

2.根据权利要求1所述的一种基于涡旋光的全光纤sted显微镜系统，其特征是：所述的异质多芯光纤的部分纤芯的折射率、直径或折射率剖面类型不同，纤芯数量为N，N为整数，N≥3。

3.根据权利要求1所述的一种基于涡旋光的全光纤sted显微镜系统，其特征是：所述的异质多芯光纤中纤芯的折射率剖面是阶跃型、抛物线型、高斯型。

4.根据权利要求1所述的一种基于涡旋光的全光纤sted显微镜系统，其特征是：所述的模式转换拉锥区由特殊结构的异质多芯光纤插入低折射率套管中拉锥制成，其拉锥结构满足绝热转换和涡旋相位匹配条件，可以将单个涡旋模式能量转换至异质多芯光纤中一个纤芯的导模中，并且两者具有对应关系。

5.根据权利要求1所述的一种基于涡旋光的全光纤sted显微镜系统，其特征是：所述的少模光纤是少模光纤、环形芯光纤或螺旋少模光纤，其特点是可传导涡旋模式的光纤。

6.根据权利要求1所述的一种基于涡旋光的全光纤sted显微镜系统，其特征是：所述的异质多芯光纤的包层结构是单包层或者双包层，在模式转换拉锥区末端收缩后的内包层边界形成的光纤结构与后端输出少模光纤实现模场面积与数值孔径的匹配。

7.根据权利要求1所述的一种基于涡旋光的全光纤sted显微镜系统，其特征是：所述的异质多芯光纤中纤芯之间存在气孔、小芯径纤芯结构，目的是控制其对称超模与反对称超模在模式转化拉锥区中的相位差值。

8.根据权利要求1所述的一种基于涡旋光的全光纤sted显微镜系统，其特征是：所述的少模光纤是单芯少模或多芯少模光纤，当其为多芯少模光纤时，前端所匹配的模式转换拉锥区、扇入扇出拉锥区、输入输出光纤均使用多份，构成一种阵列型sted显微镜。

9.根根据权利要求1所述的一种基于涡旋光的全光纤sted显微镜系统，其特征是：所述的光纤聚焦透镜是球型透镜、光纤端菲涅尔透镜或光纤磨锥透镜，具有聚焦功能的透镜。