[發明專利]一種基于光纖納米錐尖的偏振調制式顯微成像裝置及方法

在審

• 申請號: 202110612203.6
• 申請日: 2021-06-02
• 公開（公告）號: CN113203688A
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 郭寶恒
• 申請（專利權）人: 郭寶恒
• 主分類號: G01N21/21
• 分類號: G01N21/21
• 代理公司: 南京金寧專利代理事務所(普通合伙) 32479
• 代理人: 林燕輝

1.一種基于光纖納米錐尖的偏振調制式顯微成像裝置及方法，用于納米粒子的近場偏振顯微成像探測，該裝置由光源調制模塊、照明與收集模塊、檢偏與探測模塊、控制與圖像處理模塊組成。所述的光源調制模塊由激光器、保偏光纖、電控偏振調制器組成；所述的照明與收集模塊由保偏光纖、三維位置控制器、納米光纖錐尖、樣品、載玻片、倒置顯微物鏡組成；所述的檢偏與探測模塊由1/4波片、線性偏振片、成像透鏡、CCD探測器組成。

2.根據權利要求1所述的一種基于光纖納米錐尖的偏振調制式顯微成像裝置及方法，其特征在于所述的光源調制模塊的光纖均采用保偏光纖，能夠使得不同角度的線偏振態光波進行保偏傳輸，電控偏振調制器采用光纖式連接。

3.根據權利要求1所述的一種基于光纖納米錐尖的偏振調制式顯微成像裝置及方法，其特征在于所述的光源調制模塊采用電控偏振調制器調制入射光為總共N個不同角度的線偏光出射，按照等間隔角度旋轉，角度最大從沿豎直方向Z軸0°繞X軸旋轉到θ_max＝360°。

4.根據權利要求1所述的一種基于光纖納米錐尖的偏振調制式顯微成像裝置及方法，其特征在于所述的照明與收集模塊采用納米光纖錐尖作為納米粒子的照明光源，利用納米光纖錐尖出射的近場線偏振光照射納米粒子樣品，實現對樣品的近場激發。

5.根據權利要求1所述的一種基于光纖納米錐尖的偏振調制式顯微成像裝置及方法，其特征在于所述的檢偏與探測模塊的1/4波片的快軸在XY平面且沿X軸呈45°，線偏振片的快軸在XY平面且沿X軸呈0°。

6.根據權利要求1所述的一種基于光纖納米錐尖的偏振調制式顯微成像裝置及方法，其特征在于所述的控制與圖像處理模塊的控制系統，其利用電壓信號同步控制激光器、電控偏振調制器和CCD探測器。開啟激光器的同時開啟光纖式電控偏振調制器和CCD,每個電壓信號使得入射線偏振光在YZ平面等間隔旋轉(θ_max/N)°，并同步CCD探測器采集一幅圖像。

7.基于權利要求1至6任意一項所述的一種基于光纖納米錐尖的偏振調制式顯微成像裝置及方法的偏振參數成像方法，其特征在于所述的圖像處理模塊，當電控偏振調制器調制線偏光旋轉通過總的θ_max(0°～360°)，總共N步，第k步的旋轉角度θ_k＝(k-1)*θ_max/N，k＝1,2,3…,N。第k步探測的光強I_k：

I_k＝a₀+a₁sin2θ_k+a₂cos2θ_k

其中：

上述參數可以寫為：

通過計算可以獲得三個偏振參數圖像：去極化強度I_dp，，消光角相位差|sinδ|。

其中：

8.根據權利要求7所述的一種基于光纖納米錐尖的偏振調制式顯微成像裝置及方法的偏振參數成像方法，其特征在于利用瓊斯矩陣和穆勒矩陣之間的關系，由上述偏振參數得到斯托克斯參數s₀、s₁、s₂、s₃矩陣如下：

其中：

E_y＝E_xtan(α)

上述參數如附圖2所示。

9.根據權利要求8所述的一種基于光纖納米錐尖的偏振調制式顯微成像裝置及方法的偏振參數成像方法，其特征在于利用斯托克斯矢量進行龐加萊球映射，進而對納米粒子樣品的偏振調制散射場進行全偏振態信息的表征。

I＝S₀

I為光強；P為偏振度；u單位向量，其定義了方位角θ(0≤θ≤π)和極角χ(-π/4≤χ≤π/4)。如附圖3所示。