[發(fā)明專利]基于雙螺旋光束的樣品軸向漂移檢測及補償方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310324971.7
• 申請日: 2013-07-30
• 公開（公告）號: CN103399413A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 匡翠方;李帥;楊碩;劉旭
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學
• 主分類號: G02B27/30
• 分類號: G02B27/30;G02B21/00
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高精度、超分辨顯微領(lǐng)域，特別涉及一種基于雙螺旋光束的樣品軸向漂移實時檢測及補償方法和裝置。

背景技術(shù)

由于熱漂移、應(yīng)力漂移等因素的影響，超分辨顯微系統(tǒng)中的待測樣品不可避免地會在軸向上發(fā)生位置漂移，從而發(fā)生離焦現(xiàn)象，影響顯微成像的精度。對于需要對同一樣品面進行多次重復(fù)成像的顯微方法（比如基于單分子定位的超分辨顯微術(shù)）來說，這種軸向漂移所帶來的影響將更為明顯，因為軸向漂移將導(dǎo)致多次重復(fù)成像的并非為同一樣品面。因此，一種可以實時對樣品的軸向位置漂移進行檢測并進行補償?shù)姆椒ㄔ陲@微系統(tǒng)中具有十分重要的應(yīng)用價值。

近年來，研究人員們陸續(xù)提出了多種樣品軸向位置校正方法。其中，基于光學的方法以其非接觸、對樣品影響小等優(yōu)勢應(yīng)用最為廣泛。然而，目前基于光學的樣品軸向補償方法多是基于共焦系統(tǒng)，雖然具有較好的測量精度，但是系統(tǒng)的調(diào)試與操作都較為復(fù)雜，從而在一定程度上限制了這些方法在實際中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于雙螺旋光束的樣品軸向漂移實時檢測及補償方法和裝置，可以實現(xiàn)對于樣品軸向位置漂移的實時高精度、大范圍測量并進行校正。該種方法及裝置便于搭建，操作簡單，可以廣泛地應(yīng)用于各種光學顯微系統(tǒng)之中，保證顯微樣品始終位于顯微物鏡的焦平面處。

一種基于雙螺旋光束的樣品軸向漂移檢測及補償方法，包括以下步驟：

1）將準直后的激光光束入射至空間光調(diào)制器內(nèi)進行相位調(diào)制，得到雙螺旋照明光束，所述的雙螺旋照明光束的聚焦光斑呈現(xiàn)出兩個強度峰值，且這兩個強度峰值之間的連線在光束傳播方向上具有旋轉(zhuǎn)特性；

2）所述的雙螺旋照明光束經(jīng)聚焦投射到位于三維納米掃描平臺上的待測樣品，經(jīng)待測樣品反射并被顯微物鏡收集得到反射光束；

3）所述反射光束經(jīng)聚焦得到具有兩個強度峰值的聚焦光斑，并利用光電感應(yīng)器件接收所述的聚焦光斑，得到光斑強度分布信息；

4）根據(jù)所述的光斑強度分布信息計算兩個強度峰值之間的連線與水平方向的夾角；

5）利用所述的夾角和樣品軸向漂移量的關(guān)系建立標定函數(shù)；

6）當待測樣品發(fā)生軸向位置漂移時，重復(fù)步驟1）～4），得到實時測量的夾角，根據(jù)所述的標定函數(shù)計算當前的樣品軸向漂移量，并依據(jù)當前的樣品軸向漂移量調(diào)整所述三維納米掃描平臺的軸向位置，完成對待測樣品的軸向位置的校正。

所述空間光調(diào)制器的相位調(diào)制函數(shù)f(ρ,φ)設(shè)置為若干種不同GL基模復(fù)光場疊加場的相位分量，即，

U(ρ,φ,z)=∑u_mn(ρ,φ,z),n=0,1,2,…,m=2n+1

f(ρ,φ)=arg[U(ρ,φ,0)]

其中，(ρ,φ,z)為以顯微物鏡理想焦點為原點的柱坐標系的三個坐標分量，u_mn(ρ,φ,z)為第mn階GL基模復(fù)光場，arg為復(fù)數(shù)的輻角函數(shù)。

具體地，第mn階GL基模復(fù)光場u_mn(ρ,φ,z)的表達式為，