[發明專利]共聚焦掃描式暗場顯微成像方法與裝置

有效

• 申請號: 202110547197.0
• 申請日: 2021-05-19
• 公開（公告）號: CN113281891B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 匡翠方;邱宇軒;張宇森;劉旭
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G02B21/00
• 分類號: G02B21/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜

1.一種共聚焦掃描式暗場顯微成像方法，其特征在于，該方法包括：

通過調制器將激光器發出的激光光束的相位調制成0-2nπ渦旋相位，其中n＞3；

將調制后的光束與共聚焦掃描顯微鏡的物鏡入瞳共軛，使得物鏡的聚焦光斑為空心光斑，且空心光斑內環半徑大于不進行相位調制時的實心光斑半徑；

使共聚焦掃描顯微鏡工作，實現暗場顯微成像。

2.根據權利要求1所述的一種共聚焦掃描式暗場顯微成像方法，其特征在于，調制相位的具體方法為：

將激光器發出的激光光束準直后用起偏器轉為P分量的線偏光入射到液晶空間光調制器；

調節液晶空間光調制器出射平面與共聚焦掃描顯微鏡的物鏡入瞳共軛；在液晶空間光調制器上加載0-2nπ渦旋相位。

3.根據權利要求2所述的一種共聚焦掃描式暗場顯微成像方法，其特征在于，在起偏器后設置二分之一波片，激光光束通過起偏器后再通過一個二分之一波片轉為P分量的線偏光，使液晶空間光調制器對該線偏光作純相位調制；

所述P分量的線偏光入射液晶空間光調制器前使用一個D形鏡轉折光路，以減小入射角，改善液晶空間光調制器的性能。

4.根據權利要求2所述的一種共聚焦掃描式暗場顯微成像方法，其特征在于，所述液晶空間光調制器使用澤尼克多項式校正像差，從而改善空心光斑的質量。

5.根據權利要求1所述的一種共聚焦掃描式暗場顯微成像方法，其特征在于，在物鏡前設置四分之一波片，將光束用四分之一波片轉為圓偏光后入射到物鏡，提高用于掃描樣品的空心光斑質量。

6.根據權利要求1所述的一種共聚焦掃描式暗場顯微成像方法，其特征在于，所述共聚焦掃描顯微鏡的工作過程具體為：

控制掃描機構使得空心光斑在樣品表面掃描；所述掃描機構為掃描振鏡或電控移動樣品臺；

樣品的反射光經過透鏡聚焦在與物共軛的小孔上，反射光被探測器接收，獲得暗場照明下的光強度分布。

7.根據權利要求1-6任一項所述的一種共聚焦掃描式暗場顯微成像方法，其特征在于，所述共聚焦掃描顯微鏡的點擴散函數PSF_c(x,y)等于由激光器和調制器構成的照明系統的點擴散函數PSF_e(x,y)和由掃描機構、管鏡和物鏡構成的成像系統的點擴散函數PSF_f(x,y)的乘積與小孔孔闌函數p(x,y)的卷積，公式如下：

對于渦旋光束照明的照明系統，照明系統的點擴散函數為空心光斑，且渦旋光階數越高，空心光斑的內環半徑越大；而成像系統的點擴散函數由物鏡的孔闌決定，是實心光斑；對高于3階的渦旋光照明，空心光斑內環半徑大于實心光斑半徑，兩光斑相互錯開，實現了暗場的照明條件。

8.一種共聚焦掃描式暗場顯微成像裝置，其特征在于，該裝置包括激光器、調制器、4f系統和掃描成像模塊；所述掃描成像模塊包括掃描機構、管鏡、物鏡、透鏡、小孔和探測器；

所述激光器發出的激光光束通過調制器將相位調制成0-2nπ渦旋相位，其中n＞3；

所述4f系統調節調制器的出射平面與物鏡入瞳共軛，使得物鏡的聚焦光斑為空心光斑，且空心光斑內環半徑大于不進行相位調制時的實心光斑半徑；

所述掃描機構使得空心光斑在樣品表面掃描，樣品的反射光經過透鏡聚焦在與物共軛的小孔上，反射光被探測器接收，獲得暗場照明下的光強度分布。

9.根據權利要求8所述的一種共聚焦掃描式暗場顯微成像裝置，其特征在于，所述調制器由起偏器和液晶空間光調制器組成；

所述激光器發出的激光光束準直后用起偏器轉為P分量的線偏光入射到液晶空間光調制器；

所述4f系統調節液晶空間光調制器的出射平面與物鏡入瞳共軛，所述液晶空間光調制器上加載0-2nπ渦旋相位。

10.根據權利要求8所述的一種共聚焦掃描式暗場顯微成像裝置，其特征在于，所述掃描機構前設置二分之一波片和偏振分束棱鏡，通過二分之一波片將光束轉為P光，P光完全透過偏振分束棱鏡后作為掃描機構的入射光；在物鏡前設置四分之一波片，通過四分之一波片將P光轉為圓偏光后入射物鏡，并將樣品的反射光轉為S光，反射光被偏振分束棱鏡反射后聚焦在小孔上。