[發(fā)明專利]基于時(shí)空聚焦的均勻全息雙光子顯微系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110776834.1
• 申請日: 2021-07-09
• 公開（公告）號(hào): CN113504717B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 斯科;龔薇;王一帆;鄭瑤
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G03H1/00
• 分類號(hào): G03H1/00;G03H1/32;G03H1/04;G02B21/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發(fā)明公開了一種基于時(shí)空聚焦的均勻全息雙光子顯微系統(tǒng)。激光器輸出線偏振飛秒激光，經(jīng)半波片和偏振光分束器調(diào)節(jié)功率和偏振方向達(dá)到最大調(diào)制效率，再經(jīng)過正交柱透鏡后斜入射到反射式液晶空間光調(diào)制器上，正交柱透鏡組緊鄰液晶空間光調(diào)制器平行放置，相位調(diào)制后光束經(jīng)過一組由第二消色差透鏡和第三消色差透鏡構(gòu)成的中繼4F透鏡進(jìn)入時(shí)空聚焦模塊，時(shí)空聚焦模塊輸出色散補(bǔ)償后的激光經(jīng)過二向色鏡反射，再由物鏡聚焦至實(shí)驗(yàn)樣本上。本發(fā)明加載至液晶空間光調(diào)制器的全息相位圖中相位奇點(diǎn)基本消除，最終獲得無散斑噪聲的高軸向分辨率的均勻全息光束，具有適用范圍廣泛、兼容性強(qiáng)、激發(fā)效率高等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)全息領(lǐng)域的一種顯微光學(xué)系統(tǒng)，具體涉及基于時(shí)空聚焦的均勻全息雙光子顯微系統(tǒng)。

背景技術(shù)

全息雙光子顯微系統(tǒng)廣泛用于顯微成像、光遺傳和光刻領(lǐng)域等。全息雙光子系統(tǒng)用于顯微成像能夠提升圖像信噪比，用于光遺傳可以精準(zhǔn)定位靶細(xì)胞位置并提高激發(fā)效率，用于光刻加工可以提高加工精度并加快加工速度。通過計(jì)算機(jī)生成的全息相位圖可以控制光場的強(qiáng)度分布，全息相位圖可以改變每個(gè)像素處的相位而不會(huì)對(duì)振幅產(chǎn)生影響。實(shí)際應(yīng)用中，單色光照射空間光調(diào)制器或其他類似光學(xué)器件實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制，該光束中繼到聚焦物鏡，在物鏡的焦平面處會(huì)產(chǎn)生所需任意形狀的強(qiáng)度分布。然而全息光束整形的主要問題是在整形后的全息光束中存在嚴(yán)重的散斑噪聲，這嚴(yán)重降低了光束質(zhì)量。

目前抑制或消除全息光束的散斑噪聲的方法主要有四種：一是降低光源相干性，這種方法光路復(fù)雜，犧牲時(shí)間分辨率獲取均勻全息光束；二是光路改進(jìn)，對(duì)GS算法產(chǎn)生的CGH在頻域上低通濾波，濾除高頻的散斑噪聲獲取均勻全息光束，該方案在光路中增設(shè)濾波器，調(diào)節(jié)難度增大，全息光束的原有的高頻信息丟失；三是優(yōu)化數(shù)值重建的算法，增加信號(hào)區(qū)與噪聲區(qū)，犧牲衍射效率去除全息光束的散斑噪聲；四是通過迭代獲取最佳的初始相位，降低時(shí)間分辨率獲取無散斑的均勻全息光束。以上四種方法無法兼顧高時(shí)間分辨率、高衍射效率和系統(tǒng)兼容性。

傳統(tǒng)全息相位圖計(jì)算方法原理限制，計(jì)算機(jī)生成的全息相位圖中存在相位奇點(diǎn)，全息光束中散斑噪聲嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了基于時(shí)空聚焦的均勻全息雙光子顯微系統(tǒng)，能夠在保證時(shí)間分辨率和系統(tǒng)兼容性的基礎(chǔ)上，消除全息光束散斑噪聲，獲得均勻全息光束。而且本方法具有適用范圍廣泛、兼容性強(qiáng)、激發(fā)效率高等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明包括飛秒激光器、半波片、偏振分束鏡、聚焦鏡、針孔、第一消色差透鏡、正交柱透鏡、液晶空間光調(diào)制器、第二消色差透鏡、第一反射鏡、第三消色差透鏡、第二反射鏡、第四消色差透鏡、反射式閃耀光柵、第三反射鏡、第五消色差透鏡、二向色鏡、物鏡、濾光片、管透鏡和相機(jī)；

飛秒激光器發(fā)出飛秒激光束，飛秒激光束經(jīng)過半波片后入射到偏振分束鏡發(fā)生反射，偏振分束鏡的反射光束依次經(jīng)聚焦鏡、針孔、第一消色差透鏡后再透過正交柱透鏡入射到反射式液晶空間光調(diào)制器發(fā)生相位調(diào)制，正交柱透鏡布置在液晶空間光調(diào)制器前方，液晶空間光調(diào)制器的反射調(diào)制光束再經(jīng)正交柱透鏡透射后依次經(jīng)第二消色差透鏡、第一反射鏡發(fā)生反射，第一反射鏡的反射光束再經(jīng)第三消色差透鏡、第二反射鏡發(fā)生反射，第二反射鏡的反射光束經(jīng)第四消色差透鏡、反射式閃耀光柵發(fā)生反射，反射式閃耀光柵的反射光束再經(jīng)第三反射鏡反射、第五消色差透鏡透射后入射到二向色鏡發(fā)生反射，二向色鏡的反射光束經(jīng)物鏡后產(chǎn)生全息光束照射到實(shí)驗(yàn)樣本，實(shí)驗(yàn)樣本被全息光束激發(fā)的熒光經(jīng)物鏡逆反回到二向色鏡發(fā)生透射，二向色鏡的透射光束依次經(jīng)濾光片、管透鏡后入射到相機(jī)。

所述的針孔和第一消色差透鏡構(gòu)成第一組4F透鏡組，第二消色差透鏡和第三消色差透鏡構(gòu)成第二組4F透鏡組，第四消色差透鏡和第五消色差透鏡構(gòu)成第三組4F透鏡組。

所述的正交柱透鏡為長焦，長焦是指500mm以上。

所述的正交柱透鏡分為兩個(gè)柱透鏡的正交組合并緊鄰液晶空間光調(diào)制器平行放置。