[发明专利]基于时空聚焦的宽视场层析超光谱显微成像方法及装置

摘要

本发明公开一种基于时空聚焦的宽视场层析超光谱显微成像方法及装置，属于显微光谱成像和分析化学技术领域。本方法利用超短脉冲激光光源产生超短脉冲激光，通过采用时空聚焦在样品中产生聚焦线、收集所激发荧光并采用共焦光学狭缝滤除杂散光、采集荧光光谱信息完成样品的光谱信息(x,λ)获取，最后由三维空间扫描与延时扫描获取样品(x,λ,y,z,t)五维信息。本装置包括超短脉冲激光光源及光束变换系统、基于时空聚焦的线扫描系统、光学显微系统、以及滤波与同步光谱共焦探测系统，且滤波与同步光谱共焦探测系统中的光谱信息获取与结合时空聚焦技术的线扫描系统中线扫描触发信号同步。本发明具有宽视场、高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率等优点。

主权项

1.一种基于时空聚焦的宽视场层析超光谱显微成像方法，其特征在于，包括以下步骤：1)参数设定：设定沿样品横向、纵向和轴向分别为x轴、y轴和z轴，设定沿激光光谱方向为λ轴，设定沿时间维度方向为t轴；设定样品内的目标扫描区域XYZ，设定实现沿样品纵向线扫描的振镜偏转角步长，设定实现沿样品轴向扫描的显微物镜轴向步长，根据目标扫描区域的大小设定光谱信息采集周期和扫描总时长；2)利用超短脉冲激光光源产生超短脉冲激光；3)在一个扫描周期开始时刻，通过时空聚焦方法在样品中形成同时在空间及时间两个维度聚焦的聚焦线；4)通过非线性光学效应在步骤3)的聚焦线上激发出荧光信号，该荧光信号经由显微物镜收集后反向传输，然后由滤波片滤除反射的超短脉冲激光并由共焦光学狭缝滤除样品散射引起的杂散光，得到样品的条形发射荧光；5)通过色散元件将得到的条形发射荧光进行光谱展开，由面阵探测器进行光谱信息采集，得到样品的(x,λ)二维信息；同时，根据设定的振镜偏转角步长改变线扫描的偏转角，获得样品的(x,λ,y)三维信息，直至扫描遍历XY目标区域，完成样品二维平面不同位置光谱信息的获取；其中，所述面阵探测器的探测区域大小完全覆盖所述条形发射荧光的展开程度，且所述面阵探测器与振镜的触发信号同步；6)根据设定的显微物镜轴向步长改变聚焦线的深度，获得样品的(x,λ,y,z)四维信息，直至扫描遍历XYZ目标区域，完成不同深度光谱信息的获取，得到样品内三维空间不同位置的光谱信息；当前扫描周期结束，执行步骤7)；7)根据设定的光谱信息采集周期重复步骤3)～步骤6)进行延时超光谱显微成像，获得样品的(x,λ,y,z,t)五维信息，直至达到设定的扫描总时长，完成宽视场层析超光谱显微成像。