[發(fā)明專利]一種基于光纖納米錐尖的偏振調(diào)制式顯微成像裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110612203.6
• 申請日: 2021-06-02
• 公開（公告）號: CN113203688A
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭寶恒
• 申請（專利權(quán)）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(wù)所(普通合伙) 32479
• 代理人: 林燕輝

本發(fā)明公開了一種基于光纖納米錐尖的偏振調(diào)制式顯微成像裝置及方法，該裝置主要用于納米粒子的近場偏振顯微成像。該裝置由光源調(diào)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。通過控制模塊控制光源調(diào)制模塊進(jìn)行入射光偏振態(tài)的調(diào)制，經(jīng)過保偏光纖到達(dá)錐形針尖對樣品進(jìn)行照明，再經(jīng)過檢偏模塊的成像光路到達(dá)探測模塊，最后通過圖像處理模塊獲得納米粒子樣品的偏振參數(shù)信息，該裝置具有近場偏振調(diào)制激發(fā)和多參數(shù)偏振圖像獲取以及全偏振態(tài)龐加萊球映射的能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于偏振顯微成像領(lǐng)域，具體涉及一種基于光纖納米錐尖的偏振調(diào)制式顯微成像裝置及方法。該裝置及方法主要用對納米粒子的近場偏振顯微成像探測，具有近場偏振調(diào)制激發(fā)、多偏振態(tài)參數(shù)反演以及全偏振態(tài)龐加萊球映射的特點(diǎn)。

背景技術(shù)

對納米粒子進(jìn)行顯微成像，當(dāng)直接引入近場照明時，樣品表面的精細(xì)結(jié)構(gòu)會被動地將近場倏逝波轉(zhuǎn)化為傳播波。利用直徑小于入射波長的光纖納米錐尖產(chǎn)生的近場倏逝波照明，然后在遠(yuǎn)場采集轉(zhuǎn)換后的傳播波，可以進(jìn)行超分辨率成像。目前偏振顯微成像主要采用遠(yuǎn)場光波照明與遠(yuǎn)場收集探測的方式，對于幾十個納米尺寸級別的粒子，由于衍射極限的限制，該方法存在分辨率不足的缺點(diǎn)。公開號CN 110849818 A申請專利的偏振參數(shù)裝置采用遠(yuǎn)場照明，但不能夠收集納米粒子的近場倏逝波的傳播信息。公開號CN 106707484 A申請專利采用近場照明的方法，缺點(diǎn)是不具有偏振調(diào)制和多參數(shù)信息反演的能力。

發(fā)明內(nèi)容

為了收集樣品的近場精細(xì)結(jié)構(gòu)信息和偏振參數(shù)信息，并對納米粒子樣品的全偏振態(tài)信息進(jìn)行龐加萊球映射。本發(fā)明提供了一種基于光纖納米錐尖的偏振調(diào)制式顯微成像裝置及方法，該技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種基于光纖納米錐尖的偏振調(diào)制式顯微成像裝置及方法，用于納米粒子的偏振顯微成像檢測，該裝置由光源調(diào)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(diào)制模塊由激光器、保偏光纖、電控偏振調(diào)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。

所述的一種基于光纖納米錐尖的偏振調(diào)制式顯微成像裝置及方法的光源調(diào)制模塊采用光纖連接式電控偏振調(diào)制器。

所述的一種基于光纖納米錐尖的偏振調(diào)制式顯微成像裝置及方法的光源調(diào)制模塊采用電控偏振調(diào)制器調(diào)制入射光在YZ平面為總共N個沿Z軸不同角度的線偏光出射，角度最大范圍可從沿Z軸0°開始繞X軸旋轉(zhuǎn)到360°，間隔為(θ_max/N)°。

所述的一種基于光纖納米錐尖的偏振調(diào)制式顯微成像裝置及方法的光源調(diào)制模塊的光纖均采用保偏光纖。

所述的一種基于光纖納米錐尖的偏振調(diào)制式顯微成像裝置及方法的照明與收集模塊采用光纖納米錐尖作為納米粒子的照明光源，利用光纖納米錐尖出射的近場線偏振光照射納米粒子樣品，實(shí)現(xiàn)近場激發(fā)與遠(yuǎn)場收集成像。

所述的一種基于光纖納米錐尖的偏振調(diào)制式顯微成像裝置及方法的檢偏探測模塊的1/4波片的快軸在XY平面沿X軸呈0°，線偏振片快軸在XY平面沿X軸呈45°。

所述的一種基于光纖納米錐尖的偏振調(diào)制式顯微成像裝置及方法的控制模塊，利用電壓信號同步控制激光器、電控偏振調(diào)制器和CCD探測器。開啟激光器的同時，開啟電控偏振調(diào)制器和CCD，每個電壓信號使得入射線偏振光在YZ平面繞X軸旋轉(zhuǎn)(θ_max/N)°，并同步CCD探測器采集一幅圖像。

所述的一種基于光纖納米錐尖的偏振調(diào)制式顯微成像裝置及方法的偏振成像方法，其特征在于控制電控偏振調(diào)制器在YZ平面等間隔旋轉(zhuǎn)通過總的θ_max＝360°，總共N步，第k步的旋轉(zhuǎn)角度θ_k＝(k-1)*θ_max/N，k＝1，2，3…，N。第k步探測的光強(qiáng)I_k：