[發(fā)明專(zhuān)利]基于波前整形的多模光纖超分辨成像裝置及其光斑校正方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811589999.2
• 申請(qǐng)日: 2018-12-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109683342B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬耀光;文仲;楊青;劉旭
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G02B27/58
• 分類(lèi)號(hào): G02B27/58;G02B23/24;G02B23/26;G02F1/01;G01N21/01;G01N21/19
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于波前整形的多模光纖超分辨成像裝置及其光斑校正方法，屬于超分辨顯微領(lǐng)域，通過(guò)第一激光器產(chǎn)生的淬滅光與第二激光器產(chǎn)生的激發(fā)光射入多模光纖后，將多模光纖出射端的光斑成像到校正系統(tǒng)的相機(jī)上，不斷變換空間光調(diào)制器上的調(diào)制信號(hào)，將相機(jī)采集到的光斑強(qiáng)度信息作為多模光纖模式相關(guān)校正方法的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，以此修正空間光調(diào)制器的調(diào)制信號(hào)，在多模光纖出射端，生成艾里斑狀激發(fā)光光斑及面包圈狀的淬滅光光斑。通過(guò)將淬滅光和激發(fā)光移動(dòng)掃描樣品，在生物組織樣本中不同深度的成像通過(guò)移動(dòng)光纖來(lái)實(shí)現(xiàn)，克服了生物組織成像過(guò)程中由于散射帶來(lái)的成像質(zhì)量下降，兼具了高分辨率以及大成像深度，使得可以在生物醫(yī)學(xué)方面得到廣泛應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超分辨顯微領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種基于波前整形的多模光纖超分辨成像裝置及其光斑校正方法。

背景技術(shù)

光學(xué)顯微鏡憑借其非接觸、無(wú)損傷等優(yōu)點(diǎn)，長(zhǎng)期以來(lái)是生物醫(yī)學(xué)研究的重要工具。但是，自1873年以來(lái)，人們一直認(rèn)為，光學(xué)顯微鏡的分辨率極限約為200nm，無(wú)法用于清晰觀察尺寸在200nm以?xún)?nèi)的生物結(jié)構(gòu)。超分辨光學(xué)成像(Super-resolution OpticalMicroscopy)是本世紀(jì)光學(xué)顯微成像領(lǐng)域最重大的突破，打破了光學(xué)顯微鏡的分辨率極限(換言之，超越了光學(xué)顯微鏡的分辨率極限，故被稱(chēng)為超分辨光學(xué)成像)，為生命科學(xué)研究提供了前所未有的工具。

近年來(lái)，隨著生物領(lǐng)域的不斷發(fā)展，科研工作者提出了對(duì)細(xì)胞中百納米以下的結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)際觀測(cè)的需求，這將有助于人們理解人類(lèi)自身的生命活動(dòng)，與此相關(guān)的顯微成像技術(shù)變得尤為重要。

使用傳統(tǒng)的掃描電鏡、掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡等具有超高分辨率的技術(shù)卻難以對(duì)生物活體進(jìn)行觀測(cè)。與之相比，光學(xué)顯微技術(shù)對(duì)生物樣本的觀測(cè)一直以損傷性低、特異性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)著稱(chēng)，是觀測(cè)生物樣本的有利手段。突破光學(xué)衍射極限的超分辨光學(xué)顯微技術(shù)的出現(xiàn)，對(duì)生命科學(xué)具有革命性的推動(dòng)作用。而眾多超分辨方法之中，以1994年德國(guó)科學(xué)家S.W.Hell提出的受激發(fā)射損耗顯微術(shù)的發(fā)展最為成熟，經(jīng)過(guò)多方面的改造和發(fā)展已經(jīng)成功應(yīng)用在材料學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域。

但是，考慮到在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)的研究中，觀測(cè)的樣品多為組織結(jié)構(gòu)，對(duì)光有很強(qiáng)的散射作用，隨著成像深度的增加，生物樣本引起的光學(xué)誤差及散射將急劇增加，有用信號(hào)被嚴(yán)重削弱，導(dǎo)致突破衍射極限的分辨率難以維持。因此現(xiàn)有的超分辨顯微系統(tǒng)無(wú)法兼具高的空間分辨率以及大的成像深度，限制了其在生物醫(yī)學(xué)等方面的進(jìn)一步應(yīng)用。

光纖內(nèi)鏡是一種在醫(yī)療和工業(yè)上常用的成像器件，近年來(lái)快速發(fā)展的波前整形技術(shù)使得多模光纖型內(nèi)鏡迅速發(fā)展，其低侵入性的觀測(cè)方式，可以很好的規(guī)避組織散射帶來(lái)的成像影響，在深穿透成像中成為一種強(qiáng)有力的工具，有望和超分辨技術(shù)結(jié)合產(chǎn)生新一代顯微工具。目前光纖內(nèi)鏡分辨率在數(shù)微米到數(shù)十微米量級(jí)，超越衍射極限的光纖內(nèi)鏡未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的為提供一種基于波前整形的多模光纖超分辨成像裝置，解決現(xiàn)有STED超分辨成像系統(tǒng)中，存在的由于生物體散射導(dǎo)致的光斑變形，而給STED超分辨成像系統(tǒng)帶來(lái)像差，降低其成像質(zhì)量，限制了超分辨技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)中的進(jìn)一步發(fā)展的問(wèn)題。

本發(fā)明的另一目的為提供一種基于波前整形的多模光纖超分辨成像裝置的光斑校正方法。