專(zhuān)利名稱(chēng)：一種多波長(zhǎng)顯微照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多波長(zhǎng)顯微照明裝置，屬于光學(xué)顯微成像領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光學(xué)顯微成像以其非侵入式三維成像能力，在生命科學(xué)成像研究中仍然占據(jù)大約 80 % 的份額(Stefan W. Hell, et al.，Science，316，25 (2007))。隨著光學(xué)顯微成像技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多色激發(fā)熒光顯微鏡(Amit Agrawal, et al.，PNAS，105，9， 3298-3303 (2008))、受激輻射耗盡超分辨顯微鏡(Thomas A. Klar, et. al.，Physical review Ε.，64，066613 (2001) ；Marcus Dyba, et. al.，Phys. Rev. Lett.，88(16)， 163901 (2002))、以及相干反斯托克斯拉曼散射顯微鏡(Andreas Zumbusch, et. al.，Phys. Rev. Lett.，82，20，4142-4145 (1999))等，所有這些顯微成像技術(shù)都需要多波長(zhǎng)激發(fā)。傳統(tǒng)的顯微鏡多波長(zhǎng)激發(fā)光源是鹵素?zé)艋蛘唠療?，但是這種光源的光譜能量密度很低，需要高表達(dá)的樣品和高靈敏度探測(cè)器，限制了在低表達(dá)樣品和弱信號(hào)探測(cè)中的應(yīng)用。激光光源可以提供非常高的能量密度，適用于對(duì)低表達(dá)樣品的弱信號(hào)顯微成像。使用多臺(tái)脈沖激光器可以提供多個(gè)激發(fā)波長(zhǎng)，但是在顯微成像中往往要求幾列激光脈沖同時(shí)到達(dá)或者具有固定的延遲時(shí)間，不同激光器之間的脈沖同步時(shí)間漂移會(huì)導(dǎo)致顯微成像質(zhì)量的降低甚至成像失敗，而且脈沖激光器往往只有幾個(gè)固定的輸出波長(zhǎng)，只能提供為數(shù)不多的樣品所需要的激發(fā)波長(zhǎng)，多臺(tái)脈沖激光光源也會(huì)導(dǎo)致高昂的設(shè)備成本。連續(xù)輸出激光器可以提供很多激光波長(zhǎng)，而且不存在同步失調(diào)問(wèn)題，但是連續(xù)輸出激光難以達(dá)到較高的能量密度，而且連續(xù)激發(fā)樣品會(huì)導(dǎo)致樣品的變性甚至損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種多波長(zhǎng)顯微照明裝置；所述裝置中，由同一臺(tái)脈沖激光器同時(shí)提供多個(gè)激發(fā)波長(zhǎng)，克服了非激光光源能量密度低下的缺點(diǎn)，克服了多臺(tái)脈沖激光器同步失調(diào)和波長(zhǎng)數(shù)有限的缺點(diǎn)，克服了連續(xù)輸出激光器能量密度低下和連續(xù)激發(fā)樣品導(dǎo)致的樣品變性甚至損壞的缺點(diǎn)。本發(fā)明提供的一種多波長(zhǎng)顯微照明裝置，皮秒脈沖激光器或飛秒脈沖激光器輸出的激光脈沖入射到非線性光子晶體光纖上得到寬帶激光光源；所述寬帶激光光源輸出的脈沖激光入射到聲光調(diào)制器上得到重復(fù)頻率的激光脈沖光束；所述激光脈沖光束的光路上設(shè)有光束分離器和若干個(gè)反射鏡，將所述激光光束分離為η束平行的輸出光束，η為> 2的自然數(shù)；每束所述輸出光束的光路上均依次設(shè)有色散棱鏡或散射光柵、透鏡a、空間光調(diào)制器和透鏡b ;(n-l)束所述輸出光束經(jīng)過(guò)所述色散棱鏡或散射光柵、透鏡a、空間光調(diào)制器和透鏡b后再分別經(jīng)過(guò)直角棱鏡，得到不同延遲時(shí)間的η束平行的輸出光束。上述的照明裝置中，應(yīng)用所述非線性光子晶體光纖的超連續(xù)產(chǎn)生可以提供高亮度超寬帶光譜，由同一臺(tái)寬帶脈沖激光器同時(shí)提供多個(gè)激發(fā)波長(zhǎng)；利用所述激光光束的光路上設(shè)有光束分離器獲得需要的η束激光脈沖。
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熒光分子光漂白的主要原因之一是由于熒光分子躍遷到三重態(tài)所致，由于三重態(tài)為亞穩(wěn)態(tài)，平均壽命大約在微秒量級(jí)，不能及時(shí)躍遷到分子的基態(tài)，導(dǎo)致熒光分子漂白。適當(dāng)調(diào)節(jié)選擇激發(fā)光脈沖重復(fù)頻率，使得處于三重態(tài)的分子有充分的時(shí)間躍遷到基態(tài)，就可以有效地降低光漂白效應(yīng)。另外，在用顯微系統(tǒng)進(jìn)行的分子動(dòng)力學(xué)行為研究中，也需要控制激發(fā)脈沖的重復(fù)頻率，以觀察單分子動(dòng)力學(xué)行為，本發(fā)明通過(guò)聲光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)上述激光脈沖重復(fù)頻率調(diào)節(jié)功能。上述的照明裝置中，所述η束輸出光路上依次設(shè)置的色散棱鏡或者色散光柵、透鏡a、空間光調(diào)制器和透鏡b (組成波長(zhǎng)選擇器)，可以根據(jù)顯微系統(tǒng)照明波長(zhǎng)的需要，選擇一束或幾束不同波長(zhǎng)的脈沖激光。上述的照明裝置中，η束所述合適波長(zhǎng)的輸出激光脈沖光束分別經(jīng)過(guò)單模光纖耦合器，輸出高質(zhì)量的單模光束。上述的照明裝置中，所述直角棱鏡可由兩個(gè)垂直放置的反射鏡組成。對(duì)于不同的顯微成像方式，對(duì)照明脈沖之間的同步延遲時(shí)間有不同的要求，比如超分辨受激輻射耗盡顯微鏡要求耗盡光脈沖比激發(fā)光脈沖延遲幾個(gè)皮秒，而相干反斯托克斯拉曼散射顯微鏡要求泵浦脈沖和斯托克斯脈沖嚴(yán)格同步，在分子動(dòng)力學(xué)的泵浦探針試驗(yàn)中，泵浦脈沖和探針脈沖之間的同步延遲時(shí)間需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求而定。本發(fā)明中設(shè)置的光學(xué)延遲線(放置在一維微位移臺(tái)上的直角棱鏡或者兩只垂直放置的反射鏡)實(shí)現(xiàn)上述要求；在所述輸出光束的光路中加入所述直角棱鏡，通過(guò)調(diào)節(jié)不同波長(zhǎng)脈沖的光程實(shí)現(xiàn)不同時(shí)間延遲。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)由所述激光光源提供照明，克服了非激光光源能量密度低下的缺點(diǎn)；可以提供從近紫外到中紅外的寬廣波帶范圍內(nèi)的激光波長(zhǎng)，而且可以達(dá)到 lnj/nm以上的光譜能量密度，可以適用于絕大多數(shù)熒光和拉曼樣品的激發(fā)；(2)由同一臺(tái)所述脈沖激光器同時(shí)提供具有多個(gè)激發(fā)波長(zhǎng)的激光光源，克服了多臺(tái)脈沖激光器同步失調(diào)和波長(zhǎng)數(shù)有限的缺點(diǎn)，同時(shí)降低了設(shè)備的成本；C3)由同一臺(tái)所述脈沖激光器輸出的所述激光光源提供照明，一定程度上克服了連續(xù)輸出激光器連續(xù)激發(fā)樣品導(dǎo)致的樣品變性甚至損壞的缺點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的顯微照明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為使用實(shí)施例1的顯微照明裝置對(duì)熒光標(biāo)記的納米微球的共聚焦和STED顯微圖像。圖中各標(biāo)記如下1皮秒脈沖激光器、2非線性光子晶體光纖、3聲光調(diào)制器、4，6， 7,13，15反射鏡、5光束分離器、8色散棱鏡、9透鏡a、10空間光調(diào)制器、11透鏡b、12單模光纖耦合器、14直角棱鏡。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施例。實(shí)施例1、顯微照明裝置本發(fā)明提供的顯微照明裝置，在皮秒脈沖激光器1輸出的激光光源入射到非線性光子晶體光纖2上，得到了寬帶激光光源；該寬帶激光光源輸出的脈沖激光入射到聲光調(diào)制器3上，通過(guò)控制聲光調(diào)制器3的射頻脈沖重復(fù)頻率即可控制輸出激光脈沖的重復(fù)頻率， 得到了合適的重復(fù)頻率的激光脈沖光束；該激光光束通過(guò)反射鏡4耦合進(jìn)入光束分離器5， 得到兩束平行的輸出光束；每路輸出光束經(jīng)過(guò)反射鏡7耦合進(jìn)入波長(zhǎng)選擇器，波長(zhǎng)選擇器由色散棱鏡8、透鏡a9、空間光調(diào)制器10、透鏡bll組成，波長(zhǎng)選擇器用于獲得合適波長(zhǎng)的輸出激光脈沖，透鏡a9和透鏡bll組成4f系統(tǒng)保證了不同波長(zhǎng)選擇時(shí)不致出現(xiàn)明顯的光路偏離，波長(zhǎng)選擇后的輸出激光脈沖經(jīng)過(guò)單模光纖耦合器12輸出高質(zhì)量的單模激光脈沖；其中一路激光脈沖再依次經(jīng)反射鏡13、直角棱鏡14和反射鏡15后平行輸出，通過(guò)移動(dòng)直角棱鏡14調(diào)節(jié)該激光脈沖的光程以實(shí)現(xiàn)兩激光脈沖之間的不同時(shí)間延遲。上述的顯微照明裝置中，激光光源還可為飛秒激光器；色散棱鏡還可以為散射光柵；直角棱鏡可由兩只垂直放置的反射鏡組成；輸出光束的條數(shù)可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置； 輸出光束的波長(zhǎng)也可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇。使用上述顯微照明裝置對(duì)熒光標(biāo)記的直徑為40納米的納米微球進(jìn)行了共聚焦和受激輻射耗盡顯微(STED)成像試驗(yàn)，通過(guò)波長(zhǎng)選擇器(色散棱鏡8、透鏡a9、空間光調(diào)制器 10、透鏡bll)選擇合適的激發(fā)和受激輻射耗盡波長(zhǎng)，通過(guò)光學(xué)延遲線(直角棱鏡14)調(diào)節(jié)合適的同步延遲時(shí)間，獲得了圖2右圖所示受激輻射耗盡顯微圖像(7. 6umX7. Oum，256像素 X236像素)。其中左圖為其對(duì)應(yīng)的共聚焦顯微圖像，可以看到在受激輻射耗盡顯微圖像中兩個(gè)納米微球可以清晰分辨，小球亮度的半高全寬為110納米，而對(duì)應(yīng)的共聚焦圖像中亮斑的半高全寬為580納米，實(shí)現(xiàn)了光學(xué)超分辨成像。上述顯微照明裝置還適用于相干反斯托克斯拉曼散射顯微成像、多色熒光成像、 多色非線性光學(xué)成像等。
權(quán)利要求
1.一種多波長(zhǎng)顯微照明裝置，其特征在于皮秒脈沖激光器或飛秒脈沖激光器輸出的激光脈沖入射到非線性光子晶體光纖上得到寬帶激光光源；所述寬帶激光光源輸出的脈沖激光入射到聲光調(diào)制器上得到重復(fù)頻率的激光脈沖光束；所述激光脈沖光束的光路上設(shè)有光束分離器和若干個(gè)反射鏡，將所述激光光束分離為η束平行的輸出光束，η為> 2的自然數(shù)；每束所述輸出光束的光路上均依次設(shè)有色散棱鏡或散射光柵、透鏡a、空間光調(diào)制器和透鏡b ;(n-l)束所述輸出光束經(jīng)過(guò)所述色散棱鏡或散射光柵、透鏡a、空間光調(diào)制器和透鏡 b后再分別經(jīng)過(guò)直角棱鏡，得到不同延遲時(shí)間的η束平行的輸出光束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明裝置，其特征在于η束所述輸出光束依次經(jīng)過(guò)所述色散棱鏡或散射光柵、透鏡a、空間光調(diào)制器和透鏡b后再分別經(jīng)過(guò)光纖耦合器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明裝置，其特征在于所述光纖耦合器為單模光纖耦合器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一所述的照明裝置，其特征在于所述直角棱鏡由兩只垂直放置的反射鏡組成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種多波長(zhǎng)顯微照明裝置。所述裝置中，皮秒脈沖激光器或飛秒脈沖激光器輸出的激光脈沖入射到非線性光子晶體光纖上得到寬帶激光光源；所述寬帶激光光源輸出的脈沖激光入射到聲光調(diào)制器上得到重復(fù)頻率的激光脈沖光束；所述激光脈沖光束的光路上設(shè)有光束分離器和若干個(gè)反射鏡，將所述激光光束分離為n束平行的輸出光束，n為≥2的自然數(shù)；每束所述輸出光束的光路上均依次設(shè)有色散棱鏡或散射光柵、透鏡a、空間光調(diào)制器和透鏡b；(n-1)束所述輸出光束經(jīng)過(guò)所述色散棱鏡或散射光柵、透鏡a、空間光調(diào)制器和透鏡b后再分別經(jīng)過(guò)直角棱鏡，得到不同延遲時(shí)間的n束平行的輸出光束。本發(fā)明提供的裝置可以提供從近紫外到中紅外的寬廣波帶范圍內(nèi)的激光波長(zhǎng)，而且可以達(dá)到1nJ/nm以上的光譜能量密度，可以適用于絕大多數(shù)熒光和拉曼樣品的激發(fā)，而且多個(gè)波長(zhǎng)來(lái)自于同一激光光源，不存在同步時(shí)間失調(diào)問(wèn)題，使用一臺(tái)脈沖激光器還可以極大地降低設(shè)備的成本。
文檔編號(hào)G02F1/365GK102162907SQ20111009509
公開(kāi)日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者方曉紅, 袁景和 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所