。
[0016] 圖3中代表受激激發(fā),?:代表振動(dòng)弛豫過程，_代表受激輻射損耗，φ代表 受激輻射探測。
[0017] 圖4中：束腰處代表系統(tǒng)的橫向分辨率，虛線框內(nèi)代表的是系統(tǒng)的軸向分辨率。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例子對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0019] -種基于寬帶受激輻射的納米OCT成像方法： 1) 開啟激發(fā)光對樣品進(jìn)行照射，使樣品處于激發(fā)狀態(tài)； 2) 開啟激發(fā)光的同時(shí)開啟損耗光；損耗光經(jīng)過光束調(diào)制后形成橫向中空型長焦光斑； 損耗光照射到樣品上，此時(shí)位于激發(fā)光斑外圍位置上的激發(fā)態(tài)電子將通過受激輻射的方式 回到基態(tài)，而處于激發(fā)光斑中心附近位置上的激發(fā)態(tài)電子將仍然留在激發(fā)態(tài)上； 3) 關(guān)閉激發(fā)光和損耗光，開啟探測光，將留在激發(fā)態(tài)上的電子通過受激輻射的方式送 回基態(tài)； 4) 受激輻射熒光與樣品發(fā)生相互作用，形成后向散射信號；這些信號光再次入射到分 光鏡上，與從參考光路返回的參考光匯合并形成干涉，干涉光由快速光譜儀探測；通過分析 干涉光譜在傅里葉域上的強(qiáng)度，便可以得到之前處于激發(fā)態(tài)電子的數(shù)量，繼而表征出樣品 中熒光色團(tuán)或非熒光色團(tuán)的分布。
[0020] 如圖1所示，本發(fā)明一種基于寬帶受激輻射的納米OCT成像系統(tǒng)，包括時(shí)序控制器 1、激發(fā)光源2、損耗光源3、光束調(diào)制模塊4、探測光源5、平面反射鏡8、信號采集和處理模塊 9和樣品臂；樣品臂包括二維掃描振鏡6和顯微物鏡； 激發(fā)光源2出射的激發(fā)光束首先被導(dǎo)入第一單模光纖，之后依次通過第一準(zhǔn)直透鏡， 以及平面鏡反射進(jìn)入樣品臂；由損耗光源3發(fā)出的損耗光束首先被導(dǎo)入第二單模光纖，由 第二單模光纖出射的光束經(jīng)第二準(zhǔn)直鏡后進(jìn)入光束調(diào)制模塊4,目的是對損耗光束進(jìn)行調(diào) 制使其形成橫向中空型光斑；之后通過二向色鏡及平面鏡的反射進(jìn)入樣品臂；由探測光源 5出射的光束被導(dǎo)入第三單模光纖，然后經(jīng)第三準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直，再通過分光棱鏡后被分成兩部 分，其中透射光作為探測光，而反射光作為參考光；參考光通過聚焦透鏡到平面反射鏡8， 再被平面反射鏡反射后再次入射到分束棱鏡上；探測光依次被二色鏡和反射鏡反射，進(jìn)入 樣品臂；進(jìn)入樣品臂的激發(fā)光束、損耗光束和探測光束通過二維掃描振鏡6后，再經(jīng)顯微物 鏡聚焦，投射到樣品7上；來自樣品的信號光被顯微物鏡收集，再次通過二維掃描振鏡6,之 后被二色鏡反射，從而與激發(fā)光束和損耗光束分離。被二向色鏡反射的后向散射信號光入 射到分光棱鏡上被反射，之后與透過分光棱鏡的參考光形成干涉，并由信號采集和處理模 塊9采集并處理；探測光源5、損耗光源4和激發(fā)光源2均與時(shí)序控制器1連接。
[0021] 如圖2所示為本發(fā)明中的三個(gè)光源的時(shí)序控制圖。利用優(yōu)化的時(shí)序控制電路，使 激發(fā)光源和損耗光源同時(shí)開啟，此時(shí)進(jìn)行的是A受激輻射損耗。激發(fā)光和損耗光照射到樣 品上，位于激發(fā)光斑外圍位置上的激發(fā)態(tài)電子將通過受激輻射的方式回到基態(tài)，而處于激 發(fā)光斑中心附近位置上的激發(fā)態(tài)電子將仍然留在激發(fā)態(tài)上。隨后關(guān)閉激發(fā)光和損耗光，開 啟探測光，此時(shí)進(jìn)行B受激輻射探測，將留在激發(fā)態(tài)上的電子通過受激輻射的方式送回基 〇
[0022] 如圖3所示為本發(fā)明中與三束光源相關(guān)的電子躍迀能級圖。?處于基態(tài)的電子 吸收了一個(gè)激發(fā)光子而躍迀到激發(fā)態(tài)，通過動(dòng)弛豫回到激發(fā)態(tài)的最低振動(dòng)能級。由于 上述過程在極短的時(shí)間內(nèi)完成，與激發(fā)光同時(shí)開啟的損耗光使激發(fā)光斑外圍的激發(fā)態(tài)電子 發(fā)生受激輻射損耗。此時(shí)，在激發(fā)光斑中心的電子仍然處于激發(fā)狀態(tài)。開啟探測光發(fā)生 注)受激輻射探測，處在中心的激發(fā)態(tài)電子回到基態(tài)。
[0023] 如4所不為系統(tǒng)的橫向分辨率和軸向分辨率的不意圖。OCT系統(tǒng)的軸向分辨率和 橫向分辨率相互分離的，利用上述的受激輻射損耗技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)納米級的橫向分辨率。而 系統(tǒng)的軸向分辨率由光源決定，本發(fā)明采用寬帶光源技術(shù)可實(shí)現(xiàn)亞微米至百納米級的軸向 分辨率。同時(shí)本發(fā)明采用長焦光斑設(shè)計(jì)，在焦深范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)無需軸向掃描的大縱深高 分辨率并行成像。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于寬帶受激福射的納米OCT成像方法，其特征在于，該方法具體包括以下步 驟： 1) 開啟激發(fā)光對樣品進(jìn)行照射，使樣品處于激發(fā)狀態(tài)； 2) 開啟激發(fā)光的同時(shí)開啟損耗光；損耗光經(jīng)過光束調(diào)制后形成橫向中空型長焦光斑； 損耗光照射到樣品上，此時(shí)位于激發(fā)光斑外圍位置上的激發(fā)態(tài)電子將通過受激輻射的方式 回到基態(tài)，而處于激發(fā)光斑中心附近位置上的激發(fā)態(tài)電子將仍然留在激發(fā)態(tài)上； 3) 關(guān)閉激發(fā)光和損耗光，開啟探測光，將留在激發(fā)態(tài)上的電子通過受激輻射的方式送 回基態(tài)； 4) 受激輻射熒光與樣品發(fā)生相互作用，形成后向散射信號；這些信號光再次入射到分 光鏡上，與從參考光路返回的參考光匯合并形成干涉，干涉光由快速光譜儀探測；通過分析 干涉光譜在傅里葉域上的強(qiáng)度，便可以得到之前處于激發(fā)態(tài)電子的數(shù)量，繼而表征出樣品 中熒光色團(tuán)或非熒光色團(tuán)的分布。2. -種基于寬帶受激輻射的納米OCT成像系統(tǒng)，包括時(shí)序控制器、激發(fā)光源、損耗光 源、光束調(diào)制模塊、探測光源、平面反射鏡、信號采集和處理模塊和樣品臂；樣品臂包括二維 掃描振鏡和顯微物鏡； 其特征在于：激發(fā)光源出射的激發(fā)光束首先被導(dǎo)入第一單模光纖，之后依次通過第一 準(zhǔn)直透鏡，以及平面鏡反射進(jìn)入樣品臂；由損耗光源發(fā)出的損耗光束首先被導(dǎo)入第二單模 光纖，由第二單模光纖出射的光束經(jīng)第二準(zhǔn)直鏡后進(jìn)入光束調(diào)制模塊；之后通過二向色鏡 及平面鏡的反射進(jìn)入樣品臂；由探測光源出射的光束被導(dǎo)入第三單模光纖，然后經(jīng)第三準(zhǔn) 直鏡準(zhǔn)直，再通過分光棱鏡后被分成兩部分，其中透射光作為探測光，而反射光作為參考 光；參考光通過聚焦透鏡到平面反射鏡，再被平面反射鏡反射后再次入射到分束棱鏡上； 探測光依次被二色鏡和反射鏡反射，進(jìn)入樣品臂；進(jìn)入樣品臂的激發(fā)光束、損耗光束和探測 光束通過二維掃描振鏡后，再經(jīng)顯微物鏡聚焦，投射到樣品上；來自樣品的信號光被顯微物 鏡收集，再次通過二維掃描振鏡，之后被二色鏡反射，從而與激發(fā)光束和損耗光束分離；被 二向色鏡反射的后向散射信號光入射到分光棱鏡上被反射，之后與透過分光棱鏡的參考光 形成干涉，并由信號采集和處理模塊采集并處理；探測光源、損耗光源和激發(fā)光源均與時(shí)序 控制器連接。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種于寬帶受激輻射的納米OCT成像方法及系統(tǒng)。本發(fā)明利用受激輻射而非自發(fā)輻射使處于激發(fā)態(tài)的色團(tuán)快速回到基態(tài)，并采用寬帶探測光源實(shí)現(xiàn)受激輻射熒光信號的相干探測。軸向與橫向分辨率的提高則分別通過寬帶光源技術(shù)和受激輻射損耗技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。采用超寬帶光源作為探測光源，可實(shí)現(xiàn)亞微米至百納米級的軸向分辨率。采用基于受激輻射損耗的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)調(diào)控技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)納米級的橫向分辨率。鑒于受激輻射過程大大短于自發(fā)輻射過程，本發(fā)明的成像方法較之于傳統(tǒng)的熒光成像，成像速度可以極大提高。本發(fā)明不僅實(shí)現(xiàn)了OCT成像的納米分辨率，而且拓展了OCT的熒光成像功能，并為非熒光色團(tuán)的光學(xué)成像提供了方法。
【IPC分類】G01N21/64
【公開號】CN105044066
【申請?zhí)枴緾N201510482335
【發(fā)明人】丁志華, 唐弢
【申請人】浙江大學(xué)
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年8月7日