一种镜面辅助三维超分辨显微成像系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种镜面辅助三维超分辨显微成像系统及方法。该系统包括两组激光器、二分之一波片、偏振分光棱镜、三个光学反射镜、两个空间光调制器、二向色镜、四分之一波片、显微物镜和介质膜反射镜。该方法包括：仅对一路损耗光进行相位调制，同时对激发光进行相位调制，经四分之一波片转换为圆偏振光，再经显微物镜投射到介质膜反射镜上并被反射，对应的反射光和投射光发生干涉分别形成三维空心光斑和实心焦斑，三维空心光斑覆盖到实心焦斑上，有效地压缩了实心光斑的轴向和横向尺寸，提高了显微系统的空间分辨率，从而实现三维超分辨显微成像；通过改变调制相位的模式，可以调整光束所成光斑的位置，实现生物样品的全细胞成像。

【技术实现步骤摘要】
一种镜面辅助三维超分辨显微成像系统及方法
本专利技术涉及光学显微成像领域，特别用于荧光显微镜实现三维超分辨显微成像。
技术介绍
光学显微镜的分辨率因衍射极限的存在而无法突破半波长量级，为了观察更加精细的微观结构，科学家们研究了多种提高光学显微系统分辨率的方法以实现超分辨成像。在这一系列的超分辨显微方法中，受激辐射淬灭显微术(STED：StimulatedEmissionDepletionMicroscopy)因其高分辨率且高信噪比而成为国内外研究者们关注的焦点。受激辐射淬灭显微术先是生成一个“甜甜圈”状的空心淬灭光斑，然后将其覆盖在激发光产生的实心焦斑上，这使焦斑外圈的荧光分子以受激辐射的方式瞬间回到基态而不再发光，焦斑中心的荧光分子未被淬灭而正常发光，从而得到超衍射极限的分辨率。虽然受激辐射淬灭显微镜打破了光学衍射极限，但是其轴向分辨率仍然远差于横向分辨率，为了得到较小的三维空心淬灭光斑，科研工作者们提出了许多方法。其中，S.W.Hell课题组通过搭建两个正对的物镜，使得两边的激发光和损耗光各自相干涉，构成4π系统将轴向分辨率提高了3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镜面辅助三维超分辨显微成像系统，其特征在于，该系统包括：第一激光器、二分之一波片、偏振分光棱镜、第一光学反射镜、第一空间光调制器、第二激光器、第二光学反射镜、第二空间光调制器、第三光学反射镜、二向色镜、四分之一波片、显微物镜与介质膜反射镜；/n所述第一激光器用于产生损耗光光束；/n所述二分之一波片位于损耗光光束的光轴上，用于将损耗光中第二偏振分量子光束的偏振方向从垂直于纸面方向旋转至平行于纸面；/n所述偏振分光棱镜位于损耗光光束的光轴上，用于消除所述损耗光光束中的垂直纸面分量，得到第一平行线偏振光；/n所述第一光学反射镜位于所述第一平行线偏振光的光路上，用于对所述第一平行线偏振光进行光...

【技术特征摘要】
1.一种镜面辅助三维超分辨显微成像系统，其特征在于，该系统包括：第一激光器、二分之一波片、偏振分光棱镜、第一光学反射镜、第一空间光调制器、第二激光器、第二光学反射镜、第二空间光调制器、第三光学反射镜、二向色镜、四分之一波片、显微物镜与介质膜反射镜；
所述第一激光器用于产生损耗光光束；
所述二分之一波片位于损耗光光束的光轴上，用于将损耗光中第二偏振分量子光束的偏振方向从垂直于纸面方向旋转至平行于纸面；
所述偏振分光棱镜位于损耗光光束的光轴上，用于消除所述损耗光光束中的垂直纸面分量，得到第一平行线偏振光；
所述第一光学反射镜位于所述第一平行线偏振光的光路上，用于对所述第一平行线偏振光进行光线折转，使得折转后的光束能够入射到所述第一空间光调制器上；
所述第一空间光调制器用于对所述第一平行线偏振光的光束进行第一相位调制，得到第一调制光束，并使第一调制光束入射到所述二向色镜；
所述第二激光器用于产生激发光光束；
所述第二光学反射镜位于所述激发光光束的光轴上，用于对所述激发光光束进行光线折转，使得折转后的光束能够入射到所述第二空间光调制器上；
所述第二空间光调制器，用于对所述激发光光束进行第二相位调制，得到第二调制光束；
所述第三光学反射镜位于所述第二调制光束的光轴上，用于对所述第二调制光束进行光线折转，使得折转后的第二调制光束入射到所述二向色镜；
所述二向色镜位于所述第一调制光束的光轴上，用于将第一调制光束完全透射，得到第一工作光束，同时将第二调制光束完全反射，得到第二工作光束，且由二向色镜透射的光束的光轴与由二向色镜反射的光束的光轴重合；
设xyz坐标系中，x轴与纸面平行且与所述第一工作光束的光轴垂直，y轴与纸面垂直，z轴与所述第一工作光束的光轴平行；
所述四分之一波片垂直于z轴放置，其快轴位于xy坐标面内的第二和第四象限，并与x轴成45°夹角；所述四分之一波片用于将所述第一工作光束转换为第一圆偏振光，其旋转方向为左旋；同时将所述第二工作光束转换为第二圆偏振光，其旋转方向为右旋；
所述显微物镜用于将所述第一圆偏振光投射到所述介质膜反射镜上，且入射到所述介质膜反射镜上的光束为第一投射光束；同时用于将所述第二圆偏振光投射到所述介质膜反射镜上，且入射到所述介质膜反射镜上的光束为第二投射光束；
所述介质膜反射镜位于所述显微物镜的焦平面处，用于放置待测的生物样品，同时将所述第一投射光束进行反射得到第一反射光束，将所述第二投射光束进行反射得到第二反射光束；所述介质膜反射镜的反射特性使得所述第一反射光束与所述第一投射光束在所述介质膜反射镜的反射面处的相位差为π的偶数倍，所述第二反射光束与所述第二投射光束在所述介质膜反射镜的反射面处的相位差为π的偶数倍。


2.如权利要求1所述的一种镜面辅助三维超分辨显微成像系统，其特征在于：该系统还包括第一单模光纤、第一准直透镜、第二单模光纤和第二准直透镜；
所述第一单模光纤和第一准直透镜位于所述损耗光光束的光轴上，用于对所述第一激光器产生的损耗光光束进行准直得到准直损耗光光束；
所述第二单模光纤和第二准直透镜位于所述激发光光束的光轴上，用于对所述第二激光器产生的激发光光束进行准直得到准直激发光光束。


3.如权利要求2所述的一种镜面辅助三维超分辨显微成像系统，其特征在于：所述第一准直透镜与所述二分之一波片之间设置声光调制器，用于通过计算机准确控制损耗光的光强大小。


4.如权利要求1所述的一种镜面辅...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝翔，袁地福，韩于冰，匡翠方，刘旭，
申请(专利权)人：浙江大学，南京科泰光学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33