[發(fā)明專利]一種連續(xù)波受激發(fā)射損耗顯微鏡光路裝置

有效

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• 申請日: 2018-08-07
• 公開（公告）號: CN109031634B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發(fā)明（設計）人: 張琛;朱潔;趙偉;王凱歌;白晉濤
• 申請（專利權(quán)）人: 西北大學
• 主分類號: G02B21/00
• 分類號: G02B21/00
• 代理公司: 西安恒泰知識產(chǎn)權(quán)代理事務所 61216
• 代理人: 黃小梧

本發(fā)明公開了一種連續(xù)波受激發(fā)射損耗顯微鏡光路裝置，包括沿連續(xù)波激發(fā)光傳播路徑依次設置的第一聲光調(diào)制器、第一光纖耦合物鏡、第一單模光纖、第一光纖準直器、第一起偏器、第一四分之一波片、二色鏡、三色鏡和高數(shù)值孔徑物鏡；還包括沿連續(xù)波消激發(fā)光傳播路徑依次設置的第二聲光調(diào)制器、第二光纖耦合物鏡、第二單模光纖、第二光纖準直器、第二起偏器、第二四分之一波片和反射鏡。本發(fā)明利用單模光纖實現(xiàn)對激發(fā)光與消激發(fā)光的濾波、整形、調(diào)制以及傳輸，極大簡化了CW?STED顯微鏡系統(tǒng)光路、提升了系統(tǒng)穩(wěn)定性、壓縮了系統(tǒng)空間尺寸、有利于實現(xiàn)系統(tǒng)的集成化與小型化。

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于光束整形與調(diào)制技術(shù)領域，具體涉及一種連續(xù)波受激發(fā)射損耗顯微鏡光路裝置。

背景技術(shù)

受激發(fā)射損耗(STED,stimulated emission depletion)顯微鏡采用光學方法打破了衍射極限定律限制，實現(xiàn)了納米量級的超分辨成像，是目前最為先進的光學顯微鏡之一。

一般來說，STED顯微鏡通常包含兩束激光，一束為激發(fā)光，用于激發(fā)樣品的熒光分子，另外一束為消激發(fā)光，用于抑制樣品中熒光分子的自發(fā)熒光輻射。其中，消激發(fā)光通常為利用具有π相位變化的圓形相位板或螺旋形的0-2π相位板調(diào)制高斯光束所生成的中心區(qū)域為零光強的環(huán)形光束。STED顯微鏡的激發(fā)、消激發(fā)光源涵蓋超短脈沖(飛秒)以及連續(xù)波(CW)激光。基于超短脈沖激光的STED顯微鏡系統(tǒng)成本高、光路構(gòu)造復雜，對光脈沖時間控制要求高；而基于連續(xù)波激光的STED顯微鏡具有成本低、光路簡單、調(diào)節(jié)方便、對光束的時間控制要求低的優(yōu)點，因此得到了大力的推廣和應用。

在連續(xù)波受激發(fā)射損耗(CW-STED)顯微鏡中，由于聲光調(diào)制器相對機械光開關(guān)具有更高的控制精度，相對電光調(diào)制器其能量損失小、調(diào)節(jié)方便，因此在CW-STED顯微鏡中通常采用聲光調(diào)制器實現(xiàn)對激發(fā)光與消激發(fā)光光路通斷的控制。

激發(fā)光與消激發(fā)光通過聲光調(diào)制器后，將產(chǎn)生一系列的衍射光束，激發(fā)光路與消激發(fā)光路一般建立在1級衍射光束傳播的光路上。由于經(jīng)過聲光調(diào)制器衍射的激光光束發(fā)散角明顯增加，同時光斑形狀形變明顯，因此需要在聲光調(diào)制器后設置空間光濾波器濾除1級衍射光束以外的雜波，實現(xiàn)TM00模的激發(fā)光與消激發(fā)光，然后兩束光分別經(jīng)過透鏡準直為平行光。隨后，消激發(fā)光經(jīng)過分立設置的相位調(diào)制元件，對光束相位進行調(diào)制，最終在STED顯微鏡焦平面形成環(huán)形消激發(fā)光光斑。此外，激發(fā)光與消激發(fā)光還需要在顯微鏡物鏡入瞳處準直成為同軸光束，從而實現(xiàn)兩束光焦點在空間的完全重合，通常采用兩枚對立設置的反射鏡調(diào)節(jié)光束(一般為消激發(fā)光)的反射方向，使之與另一束光完全重合。

然而，目前基于上述構(gòu)造的CW-STED系統(tǒng)，由于空間濾波器普遍存在抗外界干擾能力較差的問題，從而導致了下游的激發(fā)光和消激發(fā)光光斑的漂移，這極大降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；此外，目前的系統(tǒng)中某些分立構(gòu)造，比如：空間光濾波器后分立設置的平行光準直透鏡、分立設置的相位元件，以及在消激發(fā)光與激發(fā)光調(diào)重合的過程中提及的反射鏡片組等因素，都造成了系統(tǒng)調(diào)節(jié)的不便，增加了系統(tǒng)不穩(wěn)定的因素，同時也降低了系統(tǒng)的集成能力。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種連續(xù)波受激發(fā)射損耗顯微鏡光路裝置，解決了現(xiàn)有CW-STED超分辨顯微鏡在穩(wěn)定性、集成化方面存在的技術(shù)問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本申請采用如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種連續(xù)波受激發(fā)射損耗顯微鏡光路裝置，包括沿連續(xù)波激發(fā)光傳播路徑依次設置的第一聲光調(diào)制器、第一光纖耦合物鏡、第一單模光纖、第一光纖準直器、第一起偏器、第一四分之一波片、二色鏡、三色鏡和高數(shù)值孔徑物鏡；

還包括沿連續(xù)波消激發(fā)光傳播路徑依次設置的第二聲光調(diào)制器、第二光纖耦合物鏡、第二單模光纖、第二光纖準直器、第二起偏器、第二四分之一波片和反射鏡。

進一步地，所述第一聲光調(diào)制器與第一光纖耦合物鏡之間設有第一光闌；