共聚焦显微系统中针孔轴向位置的调节方法技术方案

一种共聚焦显微系统中针孔位置的调节方法，利用相变材料的非线性吸收效应，通过检测透过率信号的极值点或者反射率信号的凹点来判断系统精确的焦点位置，然后根据此焦点位置快速精确的确定共聚焦显微系统中反射光探测模块中的针孔位置。本发明专利技术实现快速精确的确定共聚焦显微系统中针孔位置，可以达到纳米级别精度，且只需要一片镀膜材料，成本低廉。

Adjustment method of pinhole axial position in confocal microscopy system

A method for adjusting the pinhole position in confocal microscopy system is proposed. By using the nonlinear absorption effect of phase change materials, the exact focal position of the system is determined by detecting the extreme value of the transmittance signal or the concave point of the reflectivity signal, and then the reflective photoprospecting in the confocal microscopy system is determined quickly and accurately according to the focal position. The pinhole position in the module is measured. The invention realizes fast and accurate determination of pinhole position in confocal microscopy system, achieves nano-level accuracy, and only needs a piece of coating material, and has low cost.

【技术实现步骤摘要】
共聚焦显微系统中针孔轴向位置的调节方法
本专利技术涉及共聚焦显微系统
，具体是一种基于相变材料的非线性吸收特性的中针孔位置的调试方法。
技术介绍
激光共聚焦显微镜是二十世纪80年代发展起来的一项具有划时代的高科技产品，它在荧光显微镜成像基础上加装了激光扫描装置，利用计算机进行图像处理，将光学成像的分辨率提高了30％-40％，已经被广泛运用在了医学、生物化学、材料学等等领域。传统光学显微镜是宽场成像，即利用物像关系实时的将样品一部分的图像反应在成像面上。激光共聚焦技术则是建立在扫描显微技术上的，扫描显微技术采用的是点扫描模式，它是将一束平行光束经过物镜聚焦到样品上，形成一个衍射极限大小的光斑，然后逐点扫描，利用探测器逐点接收返回光路中的反射信号，最后将信号转换成一幅图像。激光共聚焦技术与扫描显微技术最大的不同在于它在反射信号探测器前方设置了一个针孔，此针孔大小与物镜聚焦的衍射极限光斑相匹配，此针孔的设置不仅能够滤掉大部分杂散信号，而且由于位置大小与物镜匹配，可以实现高信噪比三维成像，因为针孔可以滤除来自聚焦点空间上下反射回来的杂散信号，这个功能使其广泛运用在了生物化学研究领域，最后，针孔的设置还能将横向分辨率调高30％-40％。激光共聚焦技术功能强大，运用广泛，很多实验室会针对不同的需要自己搭建激光共聚焦显微系统，此时针孔轴向位置的调节成为装置搭建的最难点，因为只有当入射光严格平行，且聚焦在样品表面刚好是其衍射极限大小的时候，反射光才是严格的平行光，在反射光路中将反射光聚焦，然后调节针孔的轴向位置，让在针孔后方的探测器检测到的信号最强的时候，才是真正的共轭位置，成像效果才最好。然而实际操作时，很难保证入射光严格平行，更难保证入射光聚焦在样品表面刚好是焦点位置，从而无法让反射回来的光束严格平行，此时设置的针孔位置，虽然也按照探测器检测到信号最大的位置来判断，但实际上其不是真正理想的位置。所以调节针孔的轴向位置，首先要借助一些方法来准确判断样品焦点的位置。现在比较常用的方法一是假定反射回来的光是平行光的前提下，根据针孔前方聚焦透镜的焦距来准确定位针孔轴向位置，但此方法对系统要求太过于理想化，难以让系统达到最优成像效果。另一种常用的方法是在针孔后方加一个光纤光源，让光纤光源发出的光经过反射光路中的聚集透镜后变成平行光，然后再经过光学系统聚集到焦面上，属于基于光路可逆的一种操作，但此操作主要是调节针孔轴向位置，让光纤光源在焦面上所成的像点最小，然后以此位置确定小孔的位置。但是检测像点的时候因为存在噪声，判断其为最小时存在很大误差，而且不能进行定量判断。相变材料，例如Sb、Te、Sb2Te3、Sb70Te30、InSb、Ge2Sb2Te5、或AgInSbTe材料具有较强的非线性吸收效应，当照射到材料表面的激光强度发生变化时，其透过率与反射率也会发生变化。饱和吸收的材料，当入射光强增强时，其光束透过率增强，反射率降低；反饱和吸收的材料，当入射光强增强时，其光束透过率减弱，反射率增强。共聚焦成像系统中，其物镜将平行光束聚焦成一个衍射极限大小的点去扫描样品，所以其光束在光轴方向有一个先聚焦后放大的过程，让相变薄膜材料在聚焦点附近沿着轴向方向移动时，其表面的光强会发生变化，从而薄膜材料对光束的透过率和反射率均会发生变化。采用透射光探测方法时，沿着同一方向让相变材料经过系统焦点位置，然后收集光束透过相变材料后的信号，透过率信号会呈现先递增后递减(饱和吸收)，或者先递减后递增(反饱和吸收)的状态。由于焦点处光强最强，所以其透过率是透过率曲线中的极值点，对于饱和吸收材料，焦点位置就是最大值位置，对于反饱和吸收材料，焦点位置就是最小值位置。根据此，就能判断光路中焦点的精确位置，接着将薄膜材料移动到此位置，此时调节光路反射探测模块中的针孔轴向位置，使针孔后方探测器接收到的光强最大，此时的针孔位置就是共聚焦系统要求的共轭位置。从而实现快速准确定位共聚焦显微系统中的针孔位置。采用反射光探测方法时，由于在反射光路中反射光束的扩散角变化很大，针孔前物镜只能聚焦照射在物镜入瞳上的光束，所以其检测到的信号不管针孔轴向位置设置在哪，都是一个逐渐增大后减小的信号，利用相变材料的特性，即入射光越强，则反射率越弱，此时会在反射曲线上的某一处出现一个凹口，从而判断光路中焦点的精确位置，接着将样品移动到此位置，调节针孔轴向距离，此时反射光最强的位置就是针孔的轴向位置，也能实现快速准确定位共聚焦显微系统中的针孔位置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术不足，提供一种精确调试共聚焦显微系统中针孔位置的方法。利用相变材料的非线性吸收效应，当照射到材料表面的激光强度发生变化时，材料透过率与反射率也会发生变化。采用透射光探测方法时，沿着同一方向让相变材料经过系统焦点位置，然后收集光束透过相变材料后的信号，透过率信号会呈现先递增后递减(饱和吸收)，或者先递减后递增(反饱和吸收)的状态。由于焦点处光强最强，所以其透过率是透过率曲线中的极值点，对于饱和吸收材料，焦点位置就是最大值位置，对于反饱和吸收材料，焦点位置就是最小值位置，根据此，就能判断光路中焦点的精确位置。采用反射光探测方法时，同样沿着同一方向让相变材料经过系统焦点位置，探测反射信号，由于相变材料的特性，会在反射曲线上的某一处出现一个凹口，此凹口就是由于靠近焦点处入射光强增强，导致反射率降低，从而判断光路中焦点的精确位置。找到准确焦点位置以后，将薄膜材料移动到此焦点位置，此时调节光路反射探测模块中的针孔轴向位置，使针孔后方探测器接收到的光强最大，此时的针孔位置就是共聚焦系统要求的共轭位置。为达到上述目的，本专利技术的技术解决方案是：一种共聚焦显微系统针孔位置的透射探测式调节方法，其步骤包括：a)在盖玻片上用磁控溅射的方法镀上一层相变薄膜材料；b)将该盖玻片置于样品台上，利用一束功率密度小于5×109W/m2的平行光经过物镜聚焦照射该盖玻片；c)沿着入射光方向移动样品台，使盖玻片经过入射光焦点。d)通过探测器测量盖玻片透射光的光强信号，根据光强信号的极值判断焦点位置：当相变薄膜材料为饱和吸收材料时，选取光强信号曲线上的最大值作为焦点位置；当相变薄膜材料为反饱和吸收材料时，选取光强信号曲线上的最小值作为焦点位置；e)将盖玻片移动到焦点位置，此时调节光路反射探测模块中的针孔轴向位置，使针孔后方探测器接收到的光强最大，此时的针孔位置就是共聚焦系统要求的共轭位置；所述的步骤a)中的相变材料是Sb、Te、Sb2Te3、Sb70Te30、InSb、Ge2Sb2Te5、或AgInSbTe材料。所述的步骤a)中的相变材料的厚度在10到100nm之间。所述的步骤b)中的平行光波长为405nm。一种共聚焦显微系统针孔位置的反射探测式调节方法，其其步骤包括：a)在盖玻片上用磁控溅射的方法镀上一层相变薄膜材料；b)将该盖玻片置于样品台上，利用一束功率密度小于5×109W/m2的平行光经过物镜聚焦照射该盖玻片；c)沿着入射光方向移动样品台，使盖玻片经过入射光焦点。d)通过探测器测量盖玻片反射光的光强信号，选取光强信号曲线上的最大值附近凹口的最低点作为焦点位置；e)将盖玻片移动到焦点位置，此时调节光路反射探测模块中的针孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种共聚焦显微系统中针孔位置的透射探测式调节方法，其特征在于该方法包括以下步骤：a)在盖玻片上用磁控溅射的方法镀上一层相变薄膜材料；b)将该盖玻片置于样品台上，利用一束功率密度小于5×109W/m2的平行光经过物镜聚焦照射该盖玻片；c)沿着入射光方向移动样品台，使盖玻片经过入射光焦点；d)通过探测器测量盖玻片透射光的光强信号，根据光强信号的极值判断焦点位置：当相变薄膜材料为饱和吸收材料时，选取光强信号曲线上的最大值作为焦点位置；当相变薄膜材料为反饱和吸收材料时，选取光强信号曲线上的最小值作为焦点位置；e)将盖玻片移动到焦点位置，此时调节光路反射探测模块中的针孔轴向位置，使针孔后方探测器接收到的光强最大，此时的针孔位置就是共聚焦系统要求的共轭位置。

【技术特征摘要】
1.一种共聚焦显微系统中针孔位置的透射探测式调节方法，其特征在于该方法包括以下步骤：a)在盖玻片上用磁控溅射的方法镀上一层相变薄膜材料；b)将该盖玻片置于样品台上，利用一束功率密度小于5×109W/m2的平行光经过物镜聚焦照射该盖玻片；c)沿着入射光方向移动样品台，使盖玻片经过入射光焦点；d)通过探测器测量盖玻片透射光的光强信号，根据光强信号的极值判断焦点位置：当相变薄膜材料为饱和吸收材料时，选取光强信号曲线上的最大值作为焦点位置；当相变薄膜材料为反饱和吸收材料时，选取光强信号曲线上的最小值作为焦点位置；e)将盖玻片移动到焦点位置，此时调节光路反射探测模块中的针孔轴向位置，使针孔后方探测器接收到的光强最大，此时的针孔位置就是共聚焦系统要求的共轭位置。2.根据权利要求1所述的一种共聚焦显微系统针孔位置的透射探测式调节方法，其特征在于，所述的步骤a)中的相变材料是Sb、Te、Sb2Te3、Sb70Te30、InSb、Ge2Sb2Te5、或AgInSbTe。3.根据权利要求1所述的一种共聚焦显微系统针孔位置的透射探测式调节方法，其特征在于，所述的步骤a)中的相变材料的厚度在10到100nm之间。4.根据权利要求1所述的一种共聚焦显微系统针孔位置的透射探测式调节...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁晨良，魏劲松，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31