[發(fā)明專利]橢球反射鏡照明自適應(yīng)諧波共焦顯微測量方法

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• 申請日: 2018-05-23
• 公開（公告）號: CN108982428A
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王偉波;劉儉;吳必偉;譚久彬
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63;G01N21/01
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橢球反射鏡照明自適應(yīng)諧波共焦顯微測量方法屬于非線性光學(xué)測量領(lǐng)域；將橢球反射式照明系統(tǒng)、共焦顯微測量方法、自適應(yīng)像差校正方法與諧波顯微方法有機(jī)結(jié)合，可提升諧波顯微測量分辨力。飛秒激光脈沖經(jīng)光束整形、掃描振鏡反射后進(jìn)入自適應(yīng)光學(xué)像差補(bǔ)償單元，經(jīng)相位調(diào)制和像差校正后形成照明光束進(jìn)入橢球面反射鏡系統(tǒng)，并會聚在樣品內(nèi)部形成諧波信號發(fā)生所需的激發(fā)聚焦光斑。樣品經(jīng)激發(fā)光激發(fā)后會同時產(chǎn)生二次和三次諧波信號，被右側(cè)雙路復(fù)合的共焦顯微測量系統(tǒng)收集并解析。諧波信號被大數(shù)值孔徑物鏡收集后，經(jīng)二向分色鏡后分離為兩個不同波長信號，經(jīng)窄帶濾光片、成像物鏡聚焦，通過針孔后分別被光電倍增管(PMT)接收。所用的諧波收集模塊采用共焦收集模式。共焦針孔的切趾作用可以有效的抑制混疊信號噪聲對諧波信號解析的干擾，大大提高顯微系統(tǒng)的測量分辨力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)顯微測量領(lǐng)域，主要涉及一種用于納米器件和生物樣品中三維微細(xì)結(jié)構(gòu)測量的超精密非接觸測量方法。

背景技術(shù)

利用樣品自身的非線性光學(xué)效應(yīng)，例如二次諧波生成，三次諧波生成，可進(jìn)行生物樣品無熒光標(biāo)記的顯微成像，納米器件的微結(jié)構(gòu)探測，疾病機(jī)理的診斷等。徑向偏振光在聚焦的焦面處有強(qiáng)軸向偏振分量，是諧波生成的一種理想照明光模式。但是在諧波顯微成像過程中，混疊信號噪聲會對諧波信號的解析產(chǎn)生干擾，從而降低顯微系統(tǒng)的測量分辨力。光學(xué)顯微系統(tǒng)的像差也會降低諧波信號的激發(fā)效率以及降低諧波顯微成像的分辨率。

諧波顯微成像基于所收集的諧波散射信號，特征信息的尺度在衍射極限之下。傳統(tǒng)顯微方法收集到的光信息包含更多的是散射特性，而非樣品自身特性。采用共焦收集方式，受散射特性影響較小，收集到的諧波信號更能反映樣品自身的結(jié)構(gòu)特性。基于SLM&DM的光束自適應(yīng)補(bǔ)償方法可以實(shí)現(xiàn)時間激光脈沖與相位信號的空間解耦，為脈沖信號的整形與質(zhì)量控制提供了一個新的技術(shù)途徑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種橢球反射鏡照明自適應(yīng)諧波共焦顯微測量方法，共焦針孔的切趾作用可以有效的抑制混疊信號噪聲對諧波信號解析的干擾，大大提高顯微系統(tǒng)的測量分辨力，同時使收集到的諧波信號受散射特性影響較小，更好地反映樣品自身的結(jié)構(gòu)特性。采用基于SLM&DM的自適應(yīng)像差補(bǔ)償系統(tǒng)對激發(fā)光束進(jìn)行空間、時間上的四維調(diào)控和像差的補(bǔ)償，可以獲得更深的樣品信息和更清晰的圖像。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

橢球反射鏡照明自適應(yīng)諧波共焦顯微測量方法，將橢球反射式照明系統(tǒng)、共焦顯微測量方法、自適應(yīng)像差校正方法與諧波顯微方法有機(jī)結(jié)合。飛秒激光脈沖經(jīng)光束整形、掃描振鏡反射后進(jìn)入自適應(yīng)光學(xué)像差補(bǔ)償單元，經(jīng)相位調(diào)制和像差校正后形成照明光束進(jìn)入橢球面反射鏡系統(tǒng)，并會聚在樣品內(nèi)部形成諧波信號發(fā)生所需的激發(fā)聚焦光斑。樣品經(jīng)激發(fā)光激發(fā)后會同時產(chǎn)生二次和三次諧波信號，被右側(cè)雙路復(fù)合的共焦顯微測量系統(tǒng)收集并解析。諧波信號被大數(shù)值孔徑物鏡收集后，經(jīng)二向分色鏡后分離為兩個不同波長信號，經(jīng)窄帶濾光片、成像物鏡聚焦，通過針孔后分別被光電倍增管(PMT)接收。所述的橢球反射鏡照明自適應(yīng)諧波共焦顯微測量方法其特征在于將橢球反射式照明系統(tǒng)、共焦顯微測量方法、自適應(yīng)像差校正方法與諧波顯微方法有機(jī)結(jié)合。

上述的橢球反射鏡照明自適應(yīng)諧波共焦顯微測量方法，其特征在于采用橢球反射式照明系統(tǒng)進(jìn)行諧波激發(fā)。橢球反射式照明系統(tǒng)包含高數(shù)值孔徑物鏡和橢球面反射鏡，該物鏡焦點(diǎn)與橢球面反射鏡遠(yuǎn)焦點(diǎn)重合。

上述的橢球反射鏡照明自適應(yīng)諧波共焦顯微測量方法，其特征在于采用基于SLM&DM的自適應(yīng)像差補(bǔ)償系統(tǒng)對激發(fā)光束進(jìn)行空間、時間上的四維調(diào)控和像差的補(bǔ)償。

上述的橢球反射鏡照明自適應(yīng)諧波共焦顯微測量方法，其特征在于采用共焦針孔對諧波信號進(jìn)行切趾