[發(fā)明專利]偏振調(diào)控裝置、方法及激光干涉式結(jié)構(gòu)光照明顯微鏡系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810390264.0
• 申請(qǐng)日: 2018-04-27
• 公開（公告）號(hào): CN108897139A
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 文剛;李思黽;王林波;梁永;金鑫;陳曉虎;李輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G02B27/28
• 分類號(hào): G02B27/28;G02B5/30;G02B21/06
• 代理公司: 蘇州華博知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32232
• 代理人: 黃麗莉

本發(fā)明公開了一種偏振調(diào)控裝置、方法及激光干涉式結(jié)構(gòu)光照明顯微鏡系統(tǒng)。本發(fā)明公開的偏振調(diào)控裝置包括：兩個(gè)普克爾盒或兩個(gè)液晶位相延遲器，入射光依次經(jīng)過第一普克爾盒、第二普克爾盒或第一液晶位相延遲器、第二液晶位相延遲器，且兩個(gè)普克爾盒或兩個(gè)位液晶相延遲器用于對(duì)入射光的偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)控。激光干涉式結(jié)構(gòu)光照明顯微鏡系統(tǒng)中，各方向角的入射線偏振光(包括0級(jí)和±1級(jí)衍射光)經(jīng)過本發(fā)明的偏振調(diào)控裝置后出射光仍為偏振方向平行的線偏振，可確保入射至大數(shù)值孔徑物鏡后在其焦平面處干涉的兩束光或三束光皆為s偏振，以獲得最佳的結(jié)構(gòu)光調(diào)制度。

本發(fā)明屬于顯微成像領(lǐng)域，具體涉及一種偏振調(diào)控裝置、方法及 激光干涉式結(jié)構(gòu)光照明顯微鏡系統(tǒng)，尤其涉及適用于激光干涉式結(jié)構(gòu) 光照明顯微鏡系統(tǒng)的偏正態(tài)調(diào)控方法。

背景技術(shù)

SIM技術(shù)是當(dāng)前所有超分辨熒光顯微技術(shù)中成像速度最快，最適 合開展活細(xì)胞實(shí)時(shí)成像的方法。對(duì)于激光干涉式SIM系統(tǒng)而言，干涉 光偏振態(tài)和物鏡數(shù)值孔徑是影響干涉條紋對(duì)比度的主要因素。特別 地，當(dāng)前幾乎所有的SIM系統(tǒng)大都采用大數(shù)值孔徑物鏡進(jìn)行成像，為 確保激發(fā)光在物鏡焦面上產(chǎn)生高對(duì)比度的結(jié)構(gòu)光條紋，需實(shí)時(shí)調(diào)控激 發(fā)光偏振態(tài)保證其在物鏡焦平面處為s偏振光。現(xiàn)階段，SIM系統(tǒng)中 采用的偏振調(diào)控方法主要有以下幾種：

(1)第一種：兩個(gè)鐵電液晶位相延遲器和一個(gè)四分之一波片組 成的偏振調(diào)控裝置，其特點(diǎn)是該液晶位相延遲器為特殊定制的快軸可 變的波片，通電后其快軸可旋轉(zhuǎn)45°，位相延遲量為π/3；但控制系 統(tǒng)復(fù)雜，有效能量利用率低，成本較高，且因四分之一波片存在的色 散問題會(huì)導(dǎo)致多通道成像時(shí)調(diào)制后的出射光不再是線偏振，使得干涉 光條紋對(duì)比度下降；

(2)第二種：一個(gè)四分之一波片和一塊特殊定制的pizza偏振片 組成的調(diào)控系統(tǒng)，該pizza偏振片是利用12塊扇形分布的線偏振塊組 合成一個(gè)大的圓形偏振片，且確保對(duì)稱分布的6對(duì)子偏振片的快軸沿 周向平行。入射線偏振光經(jīng)過四分之一波片后被調(diào)制為圓偏光，再經(jīng) 過pizza偏振片后出射光為線偏振光，但能量損失50％以上，且該pizza 偏振片加工工藝復(fù)雜，價(jià)格昂貴；

(3)第三種：采用一塊零級(jí)渦旋半波片的調(diào)控方案，利用零級(jí) 渦旋半波片快軸分布可編程控制的特點(diǎn)，入射的線偏振光經(jīng)過該波片 調(diào)制后出射光偏振方向在空間對(duì)稱位置是同方向的，可確保照明的± 1級(jí)干涉光偏振方向平行，獲得最佳條紋對(duì)比度；然而，零級(jí)渦旋半 波片大都只能針對(duì)單一中心波長進(jìn)行偏振態(tài)準(zhǔn)確調(diào)制，不能滿足多通 道SIM成像要求；

第四種：采用一個(gè)液晶位相延遲器和一塊消色差四分之一波片構(gòu) 成偏振調(diào)控系統(tǒng)，該方案的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，且能量利用率高，是當(dāng) 前SIM系統(tǒng)中普遍采用的偏振調(diào)控手段。

然而，由于消色差四分之一波片在可見光波段(400-700nm)不 是絕對(duì)的消色差，使得不同波長入射光經(jīng)過消色差四分之一波片后的 實(shí)測(cè)位相延遲量不再精確等于λ/4，而是相對(duì)于λ/4上下波動(dòng)，最終導(dǎo) 致偏振光經(jīng)過LCVR和消色差四分之一波片后的出射光不是線偏振 光而是橢圓偏振光，且隨著激發(fā)波長的不同橢圓率也不同。上述橢圓 偏振光在物鏡焦面干涉產(chǎn)生的干涉條紋對(duì)比度通常比兩束同為s偏振 的線偏振光干涉要差；利用SIM圖像重構(gòu)算法對(duì)這類低調(diào)制度圖像進(jìn) 行處理，重構(gòu)圖像中容易產(chǎn)生偽影干擾。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種偏振調(diào)控裝置、方法 及激光干涉式結(jié)構(gòu)光照明顯微鏡系統(tǒng)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

偏振調(diào)控裝置，包括：兩個(gè)普克爾盒或兩個(gè)液晶位相延遲器，入 射光依次經(jīng)過第一普克爾盒、第二普克爾盒或第一液晶位相延遲器、 第二液晶位相延遲器，且兩個(gè)普克爾盒或兩個(gè)液晶位相延遲器用于對(duì) 該入射光的偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)控，使其產(chǎn)生的出射光為任意目標(biāo)偏振態(tài)。

本發(fā)明一種偏振調(diào)控裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作便捷，可實(shí)現(xiàn)對(duì)激光干 涉式SIM系統(tǒng)中激發(fā)光偏振態(tài)的精確調(diào)控，確保在顯微物鏡焦平面處 獲得最佳的干涉條紋對(duì)比度，產(chǎn)生了意想不到的有益效果。