基于同轴双波导光纤布洛赫波纳米显微成像装置制造方法及图纸

技术编号:22882163 阅读:18 留言:0更新日期:2019-12-21 06:40
本发明专利技术提供的是一种基于同轴双波导光纤布洛赫波纳米显微成像装置。其特征是:它由同轴双波导光纤1、同轴双波导光纤连接器2、相机3、计算机4、光源5及光纤6组成。足够大的波矢可以激发多层介质膜基底1表面产生表面布洛赫波,对环境变化非常灵敏,利用同轴双波导光纤1的环形芯1‑1使激光激发表面布洛赫波与样品相互作用消除表面等离激元作用于样品后带来的拖尾,同时使用同轴双波导光纤1的中间芯进行散射光收集,经由计算机4处理获得高信噪比和高分辨率的图像。该发明专利技术使用特种光纤,可有效降低成本、优化结构,可实现便携式高信噪比和高分辨率微纳显微成像。

Nano imaging device of Bloch wave based on coaxial double waveguide fiber

【技术实现步骤摘要】
基于同轴双波导光纤布洛赫波纳米显微成像装置(一)
本专利技术涉及的是基于同轴双波导光纤布洛赫波纳米显微成像装置,属于光纤显微成像领域。(二)
技术介绍
光学显微镜是科学研究光学检测中最常用、最有效的工具。使用传统显微镜时,可以清晰分辨两个物体之间的最小距离取决于显微镜的极限。为了可以更好的观察微观世界,科研人员致力发展各种提高分辨率的方法。超分辨成像技术也不断取得了突破性进展,典型代表有共聚焦显微镜(ConfocalMicroscope)、受激发射损耗显微镜技术(StimulatedEmissionDepletionMicroscopy,STED),光激活定位显微镜技术(PhotoactivationLocalizationMicroscopy,PALM)等。值得注意的是,这里所有的超分辨成像技术中,使用的光路均为远场泄漏辐射成像系统。荧光探测是生物科学领域一项重要工具。临床诊断及DNA分析中经常使用表面束缚技术捕捉抗体、DNA寡聚物或靶材分子等等。荧光探测和成像依赖于激发光场的位置。例如,《Insitusingle-moleculeimagingwithattoliterdetectionusingobjectivetotalinternalrefectionconfocalmicroscopy》和《Eyenilluminationintotalinternalrefectionfluorescencemicroscopyusing1aserlight》提出的全内反射(Totalinternalreflection,TIR)产生的倏逝波可用于光场表面成像。用TIR方法测量,入射光需大于临界角入射,激发倏逝场,倏逝场纵向渗透深度大约为100nm,是一种局域的电磁场。这种局域的电磁场可选择性观察样品表面的生物分子,这对于细胞和分子生物学等光学领域而言是至关重要的一项技术。利用TIR照明可用于选择性对样品表面成像,最大程度的降低体相背景信号,提高信噪比。许多基于表面信号探测的方法,无法收集到弱束缚在表面的荧光信号。然而对于许多种类型的生物成像实验,样品体相辐射信号的探测也可提供有用的信号,因此既要求测量在紧束缚分子荧光信号,也要测量体相目标分子信号。在这些情况下,选择性激发表面或者体相目标分子是十分有用的。表面束缚荧光信号测量使得体相信号最大限度不被收集,从而可省去洗去无束缚荧光团步骤。然而TIR难以获得长倏逝深度的电磁场,因此难以探测到体相信号。荧光显微镜则是宽场照明或远离玻璃基底表面体相成像的一种典型手段。可分别使用全内反射荧光显微镜(totalinternalrefectionfluorescence,TIRFM)和荧光显微镜分别实现表面或体相样品成像,然而难以实现两种成像的同时迸行。同时实现两种成像技术之间的切换需要精确的机械对准,实际操作中难以进行。表面波显微镜的出现解决了上困难,表面波显微镜是利用表面波,主要是金属与空气截面的表面等离激元共振,作为照明光源,利用其在表面传播的强局域性,且对界面处的扰动非常灵敏的特性,实现临近金属膜层表面样品的高灵敏度成像。中国专利CN103837499A提出一种基于宽带表面等离子体波的微区光谱测量装置,主要利用高数值孔径显微物镜与宽带径向偏振光或者径向偏振白光搭建光谱测量装置。基于此装置可以获得高空间分辨率。中国专利CN105628655A提出一种分辨率高且无需荧光标记的基于表面等离子体共振的光学显微镜,在等离子共振传感芯片激发等离子表面共振,从而获得高空间分辨率。上述主要显微技术在实际应用中具有很大的局限性,其存在的问题为:1、信噪比差。传统的表面波显微成像时,由于激发场的表面波和样品散射的表面波会相互干涉,会在样品沿激发方向一侧形成强烈的拖尾,拖尾长度等于表面波的沿表面的衰减长度,拖尾的信号与样品散射信号一同泄露下来被成像系统收集,使得成像信噪比被显著降低。2、空间分辨率差。同样由于拖尾,传统的表面波成像系统对一具有边界的实际样品成像时,边界处会产生条纹状拖尾,使其分辨率显著下降。3、时间分辨率差。近些年发展的表面波成像系统为提高分辨率,往往需要多长多角度采集图像,再利用算法消除成像的拖尾提高分辨率。带来的问题则是每获得一张显微图像需要大量的时间,时间分辨率差,无法进行实时观察。4、工作环境单一、成本高。传统的表面波成像系统使用的基地只有金属膜一种,而金属膜作为成像基底,对工作环境有特殊要求,不能工作在水中,同时也容易氧化,不能重复利用,成本较高。中国专利CN109239020A提出一种基于旋转照明的表面波成像系统,通过振镜扫描系统消除了表面波作用于样品后带来的拖尾,提高了表面波显微成像的信噪比和分辨率,但是使用的器件种类多、体积大,导致笨重及不便。单光纤成像技术采用单根多模光纤进行成像,光纤既是成像器件又是传像器件,无需增加扫描器件和成像透镜便可将光纤一段视场范围内的场景一次性传输到另一端,属于宽场光纤成像技术。经过近10年的发展,单光纤成像技术在成像机理、成像质量和应用研究等方面都取得了很大的进步,但在成像速度和分辨率方面还存很多不足。本专利技术公开一种基于同轴双波导光纤布洛赫波纳米显微成像装置。克服传统表面波成像显微镜信噪比低、时间和空间分辨率差且成本高的不足。采用同轴双波导光纤,既使用表面布洛赫波获取高分辨率和高信噪比的散射信号,同时采用光纤成像的方式获取图像;布洛赫波的激发与图像信号的采集使用同一根光纤完成,既可获得高质量的图像也可以实现便携式显微探测成像。(三)
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种结构简单、稳定性好、造价低、易于装配的表面增强型纳米显微辅助装置,可实现非固定式表面样品实时观测,获得表面样品的高信噪比和高分辨率成像的基于同轴双波导光纤布洛赫波纳米显微成像装置。本专利技术的目的是这样实现的:基于同轴双波导光纤布洛赫波纳米显微成像装置,它由同轴双波导光纤1、同轴双波导光纤连接器2、相机3、计算机4、光源5及光纤6组成;其特征是:将光源5发出的光经光纤6的一束穿过同轴双波导光纤连接器2打入同轴双波导光纤1的环形芯1-1,经过微加工的光纤端使得线偏振光与光纤锥体圆台端面的多层介质膜基底呈特定角度,该角度可在已知参数下求得;激光经过同轴双波导光纤1的环形芯1-1形成一束具有特定入射角的光照明样品照明样品,其具有足够大的波矢可以有效地激发等多层介质膜基底中存在的表面布洛赫波;表面布洛赫波传播经过样品时,会发出散射信号光和表面拖尾,该激光由同轴双波导光纤1的环形芯1-1入射,同时360度激发表面等离激元,可以有效消除表面拖尾;散射光由连接相机3的同轴双波导光纤1的中间芯1-2收集,并与光源的另一束光在相机3上形成干涉图,由计算机4利用离轴数字全息算法,从光纤中提取图像的赋值和相位在计算机上还原图像,从而可以获得高分辨率和对比度的表面波显微成像。所述的同轴双波导光纤1的环形芯1-1是一种具有沿轴心对称环形波导且中间具有一个大芯径的纤芯的光纤。如图2所示,1-1为同轴双波导光纤的环本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.基于同轴双波导光纤布洛赫波纳米显微成像装置,其特征是:它由同轴双波导光纤1、同轴双波导光纤连接器2、相机3、计算机4、光源5及光纤6组成。/n所述组成中:将光源5发出的光经光纤6的一束穿过同轴双波导光纤连接器2打入同轴双波导光纤1的环形芯1-1,经过微加工的光纤端使得线偏振光与光纤锥体圆台端面的多层介质膜基底呈特定角度,该角度可在已知参数下求得;激光经过同轴双波导光纤1的环形芯1-1形成一束具有特定入射角的光照明样品照明样品,其具有足够大的波矢可以有效地激发等多层介质膜基底中存在的表面布洛赫波;表面布洛赫波传播经过样品时,会发出散射信号光和表面拖尾,该激光由同轴双波导光纤1的环形芯1-1入射,同时360度激发表面等离激元,可以有效消除表面拖尾;散射光由连接相机3的同轴双波导光纤1的中间芯1-2收集,并与光源的另一束光在相机3上形成干涉图,由计算机4利用离轴数字全息算法,从光纤中提取图像的赋值和相位在计算机上还原图像,从而可以获得高分辨率和对比度的表面波显微成像。/n

【技术特征摘要】
1.基于同轴双波导光纤布洛赫波纳米显微成像装置,其特征是:它由同轴双波导光纤1、同轴双波导光纤连接器2、相机3、计算机4、光源5及光纤6组成。
所述组成中:将光源5发出的光经光纤6的一束穿过同轴双波导光纤连接器2打入同轴双波导光纤1的环形芯1-1,经过微加工的光纤端使得线偏振光与光纤锥体圆台端面的多层介质膜基底呈特定角度,该角度可在已知参数下求得;激光经过同轴双波导光纤1的环形芯1-1形成一束具有特定入射角的光照明样品照明样品,其具有足够大的波矢可以有效地激发等多层介质膜基底中存在的表面布洛赫波;表面布洛赫波传播经过样品时,会发出散射信号光和表面拖尾,该激光由同轴双波导光纤1的环形芯1-1入射,同时360度激发表面等离激元,可以有效消除表面拖尾;散射光由连接相机3的同轴双波导光纤1...

【专利技术属性】
技术研发人员:苑立波纪竞凯
申请(专利权)人:桂林电子科技大学
类型:发明
国别省市:广西;45

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