本發(fā)明涉及光操控和光學(xué)顯微成像的，尤其涉及一種基于激光掃描的時(shí)空選擇性光激發(fā)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、時(shí)空選擇性光激發(fā)系統(tǒng)是一種利用光遠(yuǎn)程調(diào)控和操縱目標(biāo)物質(zhì)物化特性的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中。通過調(diào)整光的波長(zhǎng)、強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間和空間分布，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物質(zhì)在特定時(shí)間和空間點(diǎn)上的選擇性激發(fā)。時(shí)空選擇性光激發(fā)系統(tǒng)可以結(jié)合激光技術(shù)、光學(xué)工程技術(shù)以及軟件控制技術(shù)，根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)搭建系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)于目標(biāo)物質(zhì)在微觀和納米尺度上實(shí)現(xiàn)選擇性程序光激發(fā)。

2、在前期的研究中我們發(fā)現(xiàn)一類在掃描光驅(qū)動(dòng)下具有持續(xù)定向運(yùn)動(dòng)的有機(jī)微納米晶體。這種晶體在掃描激光的驅(qū)動(dòng)下可以產(chǎn)生微米/秒的運(yùn)動(dòng)速度，納米級(jí)的運(yùn)動(dòng)精度，以及毫米級(jí)別的持續(xù)運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度。然而，商業(yè)化的掃描激光系統(tǒng)，如激光共聚焦系統(tǒng)或受激輻射損耗超分辨顯微成像系統(tǒng)等具有固定的激光光源、掃描、成像模塊，限制了激光光源的種類、激光掃描的方式控制以及實(shí)時(shí)成像的速度與方式。這些限制導(dǎo)致無法利用商業(yè)的激光掃描系統(tǒng)對(duì)新研發(fā)出的光驅(qū)動(dòng)持續(xù)定向運(yùn)動(dòng)有機(jī)微納米晶體材料進(jìn)行有效的時(shí)空選擇性光激發(fā)與光操控，因此需要針對(duì)有機(jī)微納米晶體的運(yùn)動(dòng)特性研發(fā)一種基于激光掃描的時(shí)空選擇性光激發(fā)系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此本發(fā)明提供一種基于激光掃描的時(shí)空選擇性光激發(fā)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)包括以下幾個(gè)要求：1.具有多種可切換波長(zhǎng)、光強(qiáng)精確可調(diào)的穩(wěn)定激光光源；2.具有掃描的激光激發(fā)模式和多維度的掃描參數(shù)調(diào)整能力，如掃描位置，掃描速度，掃描方向等；3.具有快速的實(shí)時(shí)成像速度；4.具有實(shí)時(shí)程序式激光路徑規(guī)劃掃描的規(guī)劃控制系統(tǒng)。本發(fā)明通過基于激光掃描的時(shí)空選擇性光激發(fā)系統(tǒng)的開發(fā)，結(jié)合新研發(fā)出的光驅(qū)動(dòng)持續(xù)定向運(yùn)動(dòng)有機(jī)微納米晶體材料，實(shí)現(xiàn)非溶液環(huán)境(干燥)中微納米晶體材料在多種基底表面具有納米級(jí)精度的光驅(qū)動(dòng)持續(xù)沿規(guī)劃路徑運(yùn)動(dòng)及空間精準(zhǔn)定位。

2、本發(fā)明的基于激光掃描的時(shí)空選擇性光激發(fā)系統(tǒng)，包括光學(xué)系統(tǒng)、實(shí)時(shí)規(guī)劃控制系統(tǒng)、物鏡和載物臺(tái)，所述物鏡朝向所述載物臺(tái)，所述物鏡用于對(duì)樣品成像；所述光學(xué)系統(tǒng)包括：激光擴(kuò)束模塊、振鏡掃描模塊、成像監(jiān)測(cè)模塊和照明模塊；所述激光擴(kuò)束模塊用于發(fā)射激光光束并對(duì)激光光束準(zhǔn)直擴(kuò)束；所述振鏡掃描模塊接受并操縱從所述激光擴(kuò)束模塊出來的激光光束，以使所述激光光束在二維平面內(nèi)以指定的方式掃描位于所述載物臺(tái)上的樣品；所述成像監(jiān)測(cè)模塊用于監(jiān)測(cè)激光掃描狀態(tài)，并對(duì)所述載物臺(tái)上樣品進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；所述照明模塊用于對(duì)所述物鏡提供照明；所述實(shí)時(shí)規(guī)劃控制系統(tǒng)用于整合控制所述激光擴(kuò)束模塊、振鏡掃描模塊、成像監(jiān)測(cè)模塊和所述照明模塊。

3、本發(fā)明的基于激光掃描的時(shí)空選擇性光激發(fā)系統(tǒng)能夠?qū)π卵邪l(fā)出的光驅(qū)動(dòng)持續(xù)定向運(yùn)動(dòng)有機(jī)微納米晶體材料進(jìn)行有效的時(shí)空選擇性光操控，提高了操控的便捷性和實(shí)用性。

4、可選地，所述載物臺(tái)為三維載物臺(tái)，用于放置樣品，并能夠進(jìn)行微米級(jí)精度的三維移動(dòng)；

5、所述激光擴(kuò)束模塊包括多波長(zhǎng)光纖耦合激光器、激光擴(kuò)束鏡、第一反射鏡和第二反射鏡；所述多波長(zhǎng)光纖耦合激光器為能夠提供包括紫外、可見光到近紅外的多種波長(zhǎng)的激光光源；所述激光擴(kuò)束鏡連接所述多波長(zhǎng)光纖耦合激光器，用于將所述多波長(zhǎng)光纖耦合激光器的激光擴(kuò)束并準(zhǔn)直；第一反射鏡和第二反射鏡調(diào)節(jié)經(jīng)所述激光擴(kuò)束鏡準(zhǔn)直擴(kuò)束后的激光，使準(zhǔn)直擴(kuò)束后的激光入射到所述振鏡掃描模塊的二維掃描振鏡的中心，以減少掃描過程中光斑位置的偏移。

6、可選地，所述振鏡掃描模塊包括二維掃描振鏡、第三反射鏡、雙膠合消色差透鏡和第四反射鏡；

7、所述二維掃描振鏡通過對(duì)x軸和y軸兩個(gè)掃描振鏡提供預(yù)定的電壓值驅(qū)動(dòng)振鏡角度的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述激光擴(kuò)束模塊出射的激光進(jìn)行二維平面內(nèi)的掃描；所述第三反射鏡和第四反射鏡用于調(diào)節(jié)經(jīng)所述二維掃描振鏡的激光，使其能入射在所述物鏡中心；所述雙膠合消色差透鏡位于所述第三反射鏡和第四反射鏡的光路之間，用于消除不同波長(zhǎng)激光所導(dǎo)致的色散現(xiàn)象。

8、可選地，所述二維掃描振鏡位于所述雙膠合消色差透鏡的第一焦面處，以使得各個(gè)波長(zhǎng)的激光都處于同一中心位置，并將第一焦面處的二維掃描振鏡的中心激光聚于第二焦平面處。

9、可選地，基于激光掃描的時(shí)空選擇性光激發(fā)系統(tǒng)還包括第二套筒透鏡和第一二向色鏡，所述第二套筒透鏡的第一焦平面位于所述雙膠合消色差透鏡的第二焦平面處，并與所述物鏡組合，以使所述二維掃描振鏡的激光中心點(diǎn)與所述物鏡成像的焦點(diǎn)共軛；所述第一二向色鏡將所述振鏡掃描模塊的激光反射到所述物鏡中心，并且透射所述載物臺(tái)上的激光和樣品圖像至所述成像監(jiān)測(cè)模塊。

10、可選地，所述成像監(jiān)測(cè)模塊包括：scmos相機(jī)、抽拉式濾光片件和第一套筒透鏡；

11、所述scmos相機(jī)用于監(jiān)測(cè)所述載物臺(tái)的樣品情況和激光光斑狀態(tài)，并實(shí)時(shí)對(duì)比實(shí)際光掃描路徑與規(guī)劃設(shè)定路徑；所述抽拉式濾光片件設(shè)置于所述scmos相機(jī)和所述第一套筒透鏡之間，所述抽拉式濾光片件能夠通過抽拉的方式切換濾光片；通過濾光片的切換，阻擋激光在所述scmos相機(jī)的成像，使得視覺上在只呈現(xiàn)目標(biāo)樣品狀態(tài)、只呈現(xiàn)激光掃描狀態(tài)、同時(shí)呈現(xiàn)目標(biāo)樣品和激光掃描狀態(tài)三種視覺效果之間切換；所述第一套筒透鏡用于將所述載物臺(tái)上的樣品和激光成像于所述scmos相機(jī)上，以使所述二維掃描振鏡的中心激光與所述scmos相機(jī)靶面共軛。

12、可選地，所述照明模塊包括：多波長(zhǎng)led光纖光源和led光纖擴(kuò)束鏡；所述多波長(zhǎng)led光纖光源用于提供多種波長(zhǎng)的光源照明；所述led光纖擴(kuò)束鏡連接所述多波長(zhǎng)led光纖光源，用于將光纖中的led光源轉(zhuǎn)化為空間光，并進(jìn)行準(zhǔn)直擴(kuò)束；所述led光纖擴(kuò)束鏡將光源準(zhǔn)直擴(kuò)束后通過平凸透鏡，并經(jīng)第二二向色鏡反射至所述物鏡。

13、可選地，所述第二二向色鏡將所述照明模塊的光源反射至載物臺(tái)上，并且透射來自于所述振鏡掃描模塊和所述載物臺(tái)上的激光以及樣品的照明反射光。

14、可選地，所述多波長(zhǎng)光纖耦合激光器射出的激光波長(zhǎng)范圍為400-700nm；所述多波長(zhǎng)led光纖光源射出的激光波長(zhǎng)范圍為300-700nm；所述實(shí)時(shí)規(guī)劃控制系統(tǒng)為電腦。

15、可選地，所述實(shí)時(shí)規(guī)劃控制系統(tǒng)整合控制所述激光擴(kuò)束模塊、振鏡掃描模塊、成像監(jiān)測(cè)模塊和所述照明模塊的方法包括：

16、向所述激光擴(kuò)束模塊中的多波長(zhǎng)光纖耦合激光器發(fā)送波長(zhǎng)選擇指令和激光開啟指令，以使多波長(zhǎng)光纖耦合激光器發(fā)射激光光束至所述二維掃描振鏡；二維掃描振鏡調(diào)控激光光束進(jìn)行掃描，激光經(jīng)第一二向色鏡和第二二向色鏡傳輸至載物臺(tái)以實(shí)現(xiàn)對(duì)載物臺(tái)上的樣品進(jìn)行時(shí)空選擇性激發(fā)，之后經(jīng)物鏡射入所述成像監(jiān)測(cè)模塊；

17、向所述振鏡掃描模塊中的二維掃描振鏡的x軸和y軸掃描振鏡發(fā)送電壓指令，以使激光經(jīng)過所述第一套筒透鏡和物鏡后在載物臺(tái)上對(duì)樣品按照預(yù)定路徑進(jìn)行操縱，或者實(shí)時(shí)對(duì)載物臺(tái)上的樣品進(jìn)行操縱，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)物鏡射入成像監(jiān)測(cè)模塊；

18、向所述照明模塊發(fā)送波長(zhǎng)選擇指令和照明開啟指令以使照明模塊發(fā)射照明光束至所述載物臺(tái)以對(duì)載物臺(tái)上的樣品進(jìn)行成像，并經(jīng)所述物鏡傳輸至所述成像監(jiān)測(cè)模塊；

19、向所述成像監(jiān)測(cè)模塊獲取采集到的圖像信息和激光位置，對(duì)圖像信息進(jìn)行路徑規(guī)劃或?qū)崟r(shí)操縱，得到路徑規(guī)劃結(jié)果或?qū)崟r(shí)操縱結(jié)果，根據(jù)路徑規(guī)劃或?qū)崟r(shí)操縱對(duì)樣品進(jìn)行操縱。

20、本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過發(fā)明的實(shí)踐了解到。