[发明专利]基于光镊微球的超分辨激光直写与实时成像装置及方法

权利要求书

1.一种基于光镊微球的超分辨激光直写与实时成像装置，包括激光器（1）、空间光调制器（4）、显微物镜（9）和微球（10），其特征在于：所述激光器（1）出射激光束，所述空间光调制器（4）对扩束系统扩束后的激光束进行调制，经过4f缩束系统后，在显微物镜（9）的焦面形成聚焦光斑阵列，以光镊操控多个微球（10）进行激光直写和成像；还包括照明及成像光路，所述照明及成像光路包括照明光源（14）和照明模块（15），为微球成像提供照明，在超分辨激光直写同时实现超分辨实时成像；

所述空间光调制器（4）上加载不同的相位全息图，在显微物镜（9）的焦面得到不同的聚焦光斑分布，操控在浸没介质（11）中的微球（10），利用微球（10）对形成聚焦光斑阵列的激光再次强聚焦在直写基底（12）上进行任意结构的激光直写与扫描成像。

2.根据权利要求1所述的基于光镊微球的超分辨激光直写与实时成像装置，其特征在于：所述扩束系统由共焦的第一透镜（2）和第二透镜（3）构成。

3.根据权利要求1所述的基于光镊微球的超分辨激光直写与实时成像装置，其特征在于：所述4f缩束系统由共焦的第三透镜（5）和第四透镜（7）构成，所述空间光调制器（4）靶面位于第三透镜（5）的前焦处，显微物镜（9）入瞳位于第四透镜（7）的后焦处。

4.根据权利要求1所述的基于光镊微球的超分辨激光直写与实时成像装置，其特征在于：所述照明及成像光路还包括分光片（16）和二向色镜（8），照明光斑经过分光片（16）和二向色镜（8）入射到显微物镜（9）。

5.根据权利要求1所述的基于光镊微球的超分辨激光直写与实时成像装置，其特征在于：所述显微物镜（9）为空气物镜、水镜或者油镜，数值孔径在0.6-1.5之间，放大倍率在40-100倍之间。

6.根据权利要求1所述的基于光镊微球的超分辨激光直写与实时成像装置，其特征在于：所述微球（10）为SiO₂、PS、PMMA、Al₂O₃、BTG或TiO₂各种透明或类透明微球，折射率取值在1.4-2.3之间，直径在0.5um-100um之间。

7.根据权利要求1所述的基于光镊微球的超分辨激光直写与实时成像装置，其特征在于：所述激光器（1）为半导体激光器、皮秒激光器或飞秒激光器，波长范围为400nm-1100nm。

8.根据权利要求1所述的基于光镊微球的超分辨激光直写与实时成像装置，其特征在于：还包括直写基底（12），所述直写基底（12）为光刻胶、薄膜材料、金属薄板或蛋白质。

9.根据权利要求1-8任一项所述的基于光镊微球的超分辨激光直写与实时成像装置进行激光直写与实时成像的方法，包括以下步骤：

激光器（1）经过扩束系统扩束后入射到空间光调制器（4）上，加载有相位全息图的空间光调制器（4）对入射激光进行调制，出射光斑经过4f缩束系统缩束后入射显微物镜（9），在显微物镜（9）的焦面产生多个聚焦光斑捕获多个微球（10），微球（10）再次聚焦激光进行超分辨激光直写；所述照明光源（14）依次经过照明模块（15）、显微物镜（9）和微球（10）进行显微照明，微球（10）结合显微物镜（9）实现超分辨实时成像。