[發明專利]一種基于切向偏振光的受激發射損耗顯微方法和裝置

有效

• 申請號: 201210144381.1
• 申請日: 2012-05-10
• 公開（公告）號: CN102661938A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 匡翠方;李帥;薛懿;顧兆泰;劉旭
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;G02B21/36;G02B27/28
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及超分辨顯微領域，尤其涉及一種基于切向偏振光的受激發射損耗顯微方法和裝置。

背景技術

由阿貝衍射極限理論可知，光束經一般透鏡聚焦后所成光斑的尺寸用半高全寬可以表示為其中λ為入射光束的波長，NA為所用透鏡的數值孔徑，因此常規遠場熒光顯微鏡的極限分辨率一般被限制在了半波長左右。

為了突破阿貝衍射極限的限制，使得熒光顯微鏡可以在遠場實現超分辨顯微，科研人員們提出了多種超分辨顯微方法。其中，受激發射損耗顯微術（STED：Stimulated?Emission?Depletion?Microscopy）目前的發展最為成熟，應用最為廣泛。在STED顯微方法中，當激發光使其所成光斑范圍內的熒光分子躍遷到激發態后，損耗光（STED光，一般為中空型光斑）使得其中處于激發光斑邊緣部分的熒光分子通過受激發射作用回到基態，從而大大減小了實際有效熒光的發光面積，實現了超衍射極限的分辨率。

目前，在STED顯微方法中，一般將激發光和STED光均設置為圓偏振光，以獲得較高的受激發射損耗效率。然而，經研究發現，切向偏振光型的激發光和STED光同樣可以用于STED顯微方法中實現超分辨顯微，并且在相同的條件下，這種方法可以實現更高的分辨率。

公開號為101907766A的中國專利公開了一種基于切向偏振的超分辨熒光顯微方法和裝置，包括：將第一光源發出的用于激發熒光樣品產生熒光的激發光（第一激光光束）經第一切向偏振轉換器轉換為切向偏振光，通過0~2π渦旋位相板位相編碼后投射到熒光樣品上形成激發光斑；將第二光源發出的用于抑制熒光樣品發出熒光的受激發射損耗光（第二激光光束）經第二切向偏振轉換器轉換為切向偏振光后投射到位于納米平臺上熒光樣品上形成中心點與激發光斑中心點重合的聚焦光斑；收集熒光樣品發出的熒光，經探測成像系統處理后得到相應的顯微圖像。

發明內容

本發明提供了一種基于切向偏振光的受激發射損耗顯微方法和裝置。當采用與現有技術的STED顯微方法相同的STED光強時，本發明可以實現更高的分辨率。

一種基于切向偏振光的受激發射損耗顯微方法，包括將第一激光光束和第二激光光束分別轉換為第一切向偏振光和第二切向偏振光；所述第一切向偏振光經相位調制后投射到熒光樣品上形成激發光斑；所述第二切向偏振光分解為第一工作光束和第二工作光束，所述第一工作光束和所述第二工作光束分別進行相位調制形成第一STED光束和第二STED光束，所述第一STED光束和所述第二STED光束經顯微物鏡投射到熒光樣品上通過非相干疊加形成相應的STED光斑，該STED光斑的中心點與所述激發光斑的中心點重合得到聚焦光斑；收集熒光樣品在該聚焦光斑作用下發出的熒光，經處理后得到相應的顯微圖像。

所述的第一激光光束進行相位調制的調制函數為：所述θ為入射光束垂直光軸剖面內各點所對應的孔徑角，所述的為入射光束垂直光軸剖面內各點的極坐標位置矢量與x軸的夾角。第一激光光束經第一位相板的調制作用，所形成的激發光束經顯微物鏡投射后在待測熒光樣品上呈現為一個實心光斑。

所述的第一工作光束進行相位調制的調制函數為：所述θ為入射光束垂直光軸剖面內各點所對應的孔徑角，所述的為入射光束垂直光軸剖面內各點的極坐標位置矢量與x軸的夾角，θ₁、θ₂、θ₃、θ₄均為對應的位相板的結構參數，所述α為由顯微物鏡的數值孔徑NA所決定的最大孔徑角，n為待測熒光樣品周圍介質的折射率。第一工作光束經第二位相板的調制作用，所形成的第一STED光束經顯微物鏡投射后在待測熒光樣品上呈現為一個橫向（xy平面）中空型光斑，在該第一STED光斑中，電矢量的x分量主要集中于y軸附近，而電矢量的y分量主要集中于x軸附近。

優選的，所述顯微物鏡的數值孔徑NA=1.4，所述位相板的結構參數θ₁、θ₂、θ₃、θ₄分別為θ₁=0.1、θ₂=0.4、θ₃=0.62、θ₄=0.77。當位相板的結構參數按上述方式設置時，本發明可以實現最佳的分辨效果。