[發明專利]一種基于旋轉照明的表面波成像系統

在審

• 申請號: 201811081983.0
• 申請日: 2018-09-17
• 公開（公告）號: CN109239020A
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發明（設計）人: 蒯雁;張斗國
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01N21/552
• 分類號: G01N21/552
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

本發明公開了一種基于旋轉照明的表面波成像系統，包括：油浸顯微物鏡(1)、分束鏡(2)、成像管鏡(3)、像面探測器(4)、物鏡后焦面掃描振鏡系統(5)、偏振調制器件(6)、偏振分離器件(7)和表面波成像基底(8)；表面波如表面等離激元共振或布洛赫表面波，能夠被有效約束在基片表面，且對環境變化非常靈敏。利用物鏡使激光激發表面波與表面樣品相互作用。通過偏振分離器件提高信噪比，通過振鏡掃描系統消除了表面波作用于樣品后在成像時帶來的拖尾。該裝置首次利用旋轉照明提高了表面波顯微成像的信噪比和分辨率，并首次利用多層介質膜光子帶隙結構進行表面波顯微成像。

技術領域

本發明涉及高靈敏度的表面光學顯微成像領域，特別涉及一種基于旋轉照明的表面波成像的領域。

背景技術

顯微技術是人們了解微觀世界最直接的手段，光學顯微技術將微觀世界圖像直接呈現在我們眼前，是所有顯微技術中最直觀也是最常用的一種顯微技術。表面波顯微鏡是利用表面波，主要是金屬與空氣界面的表面等離激元共振，作為照明光源，利用其在表面傳播的強局域性，且對界面處的擾動非常靈敏的特性，來實現臨近金屬膜層表面樣品的高靈敏度成像。上述主要顯微技術在實際應用中具有很大的局限性，其存在的問題為：

1、信噪比差。傳統的表面波顯微成像時，由于激發場的表面波和樣品散射的表面波相互干涉，會在樣品沿激發方向一側形成強烈的拖尾，拖尾長度等于表面波的沿表面的衰減長度，拖尾的信號與樣品散射信號一同泄露下來被成像系統收集，使得成像信噪比被顯著降低。

2、空間分辨率差。同樣由于拖尾，傳統的表面波成像系統對一具有邊界的實際樣品成像時，邊界處會產生條紋狀拖尾，使得其分辨率顯著地下降。

3、時間分辨率差。近些年發展的表面波成像系統，為了提高分辨率，往往需要多次多角度采集圖像，再利用算法消除成像的拖尾提高分辨率。帶來的問題則是每獲得一張顯微圖像需要大量的時間，時間分辨率差，無法進行實時觀測。

4、工作環境單一、成本高。傳統的表面波成像系統使用的基底只有金屬膜一種，而金屬膜作為成像基底，對工作環境有特殊要求，不能工作在水中，同時也容易氧化，不能重復利用，成本較高。

發明內容

本發明的目的是為了克服傳統表面波成像顯微鏡信噪比低、時間和空間分辨率差、工作環境單一且成本高的不足，提出了一種基于旋轉照明的表面波成像系統。該系統的成像質量良好，可以實時觀測，結構可靠性高，重復性高，利用了高速旋轉照明和表面波的物鏡激發，配合設計的多種表面波基片，實現了緊鄰基片表面樣品的高信噪比和高分辨率的表面波顯微成像。

本發明實現上述目的的技術方案如下：

一種基于旋轉照明的表面波成像系統，該裝置包括：油浸顯微物鏡、分束鏡、成像管鏡、像面探測器、物鏡后焦面掃描振鏡系統、偏振調制器件、偏振分離器件和表面波成像基底；其中，

所述的偏振調制器件，用于將一束準直后的激光調制成任意方向的線偏光，并保持線偏激光束的功率恒定；經過物鏡后焦面掃描振鏡系統和分束鏡后聚焦在油浸顯微物鏡的后焦面上，經過油浸物鏡后形成一束具有特定入射角平行光照明樣品，其具有足夠大的波矢可以有效地激發特別制備的表面波成像基底中存在的表面波；表面波在傳播中經過樣品時，會激發出散射信號光和表面拖尾，通過物鏡后焦面掃描振鏡系統聚焦在后焦面并使聚焦點沿著一特定半徑的環為軌跡進行高速掃描，就可以消弭拖尾；散射光再次由油浸物鏡收集，透過分束鏡后，在經過偏振分離器件時，激發光被有效地分離，只通過與激發光偏振方向垂直的信號光，信號光被成像管鏡成像于像面探測器上，便可以獲得高分辨率和對比度的表面波顯微成像。

其中，表面波能夠被經由油浸顯微物鏡出射的大角度光束所具備的波矢有效激發。

其中，油浸顯微物鏡被用于激發的同時也用于收集金屬或介質多層薄膜的表面波成像基底所向下泄露的信號光。