一種超分辨成像系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于光學(xué)顯微成像領(lǐng)域，更具體地，設(shè)及一種提高受激發(fā)射耗損 (stimulated血issionDepletion,STED)超分辨顯微成像空間分辨率的方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在常規(guī)的光學(xué)顯微成像系統(tǒng)中，由于光學(xué)元器件的衍射效應(yīng)，平行入射的照明光 經(jīng)過顯微物鏡聚焦之后在樣品上所形成的光斑并不是一個(gè)理想的點(diǎn)，而是一個(gè)具有一定尺 寸的衍射光斑，根據(jù)德國物理學(xué)家恩斯特一阿貝提出的阿貝定律，可見光能聚焦的最小光 斑的直徑是光波波長的Ξ分之一，約200皿左右。1994年由德國科學(xué)家S.W.化11首次提出 ST邸超分辨顯微成像技術(shù)，它超越了衍射極限，并于2006年實(shí)現(xiàn)了 30nm的空間分辨率，運(yùn) 一杰出的工作使他在2014年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
[0003] ST邸超分辨的基本思想是：利用受激福射效應(yīng)來減小有效巧光發(fā)光面積，一個(gè)典 型的ST邸顯微系統(tǒng)中需要兩束光，一束為激發(fā)光，另一束為耗盡光。當(dāng)激發(fā)光照射巧光樣 品，會(huì)使其衍射斑范圍內(nèi)的巧光分子被激發(fā)，其中的電子將會(huì)躍遷到激發(fā)態(tài)，然后再將圓環(huán) 形的耗盡光疊加在激發(fā)光上，耗盡光使得處于重疊部分激發(fā)態(tài)的電子W受激福射的方式回 到基態(tài)，其它位于激光光斑中屯、的激發(fā)態(tài)電子由于沒有受到耗盡光的影響，繼續(xù)W自發(fā)福 射的形式向外發(fā)生巧光回到基態(tài)。由于在受激福射和自發(fā)福射過程中發(fā)出巧光的方向和波 長不同，因此經(jīng)過過濾后被探測器所接受到的光子均是由位于激發(fā)光光斑中屯、位置的巧光 樣品通過自發(fā)巧光的方式產(chǎn)生的。運(yùn)樣有效巧光的發(fā)光面積得W減小，從而提高了系統(tǒng)的 空間分辨率。
[0004] 目前，ST邸超分辨顯微成像系統(tǒng)在生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用中，由于樣品表面的不平整性 和樣品內(nèi)部折射率分布的不均勻性所帶來的像差使系統(tǒng)的分辨率和成像深度大大降低，限 制了其廣泛應(yīng)用。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實(shí)用新型的目的在于利用相干自適應(yīng)光學(xué)技術(shù) (CoherentOpticalAdaptiveTechnique，COAT)進(jìn)行像差校正來提高ST邸超分辨顯微成 像系統(tǒng)的空間分辨率，旨在解決由于生物樣品表面的不平整和樣品內(nèi)折射率分布不均勻引 入的像差。
[0006] 本實(shí)用新型提供了一種超分辨成像系統(tǒng)，包括：第一激光器Laserl、第二激光器 Laser2、第一半波片、第一脈沖分束器PS1、光譜儀SPEC、第一透鏡組化1，L2)、玻璃棒GR、保 偏光纖Fiberl、空間光調(diào)制器SLM、第一物鏡L3、反射鏡組、第二透鏡組化4，L5)、反射鏡M4、 單模光纖Fiber2、第二半波片、后向反射鏡RR、反射鏡M5、第一雙色鏡DM1、第二雙色鏡DM2、 掃描系統(tǒng)Scanner、四分之一玻片、空間物鏡L6、第二脈沖分束器PS2和光電倍增管PMT，第 一激光器Laserl用于產(chǎn)生飛秒激光；第二激光器Laser2用于產(chǎn)生皮秒激光；第一半波片 設(shè)置在第一激光器Laserl的出射光路上，用于使得所述飛秒激光為線偏振光并調(diào)整線偏 振光的方向；第一脈沖分束器PSl用于將經(jīng)過第一半波片調(diào)整后的飛秒激光分成兩路，一 部分光透射進(jìn)入光譜儀，另一部分光反射作為耗盡光；光譜儀SPEC設(shè)置在第一脈沖分束器 的第一路出射光路上，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測所述耗盡光的波長；第一透鏡組化1，L2)設(shè)置在第一 脈沖分束器的第二路出射光路上，用于對耗盡光進(jìn)行調(diào)整；玻璃棒GR用于對經(jīng)過調(diào)整后的 耗盡光進(jìn)行展寬，使得耗盡光的脈沖寬度為1皮秒；保偏光纖Fiberl用于對脈沖寬度為1 皮秒的耗盡光進(jìn)一步展寬，使得所述耗盡光的脈沖寬度為200皮秒；空間光調(diào)制器SLM用于 產(chǎn)生圓環(huán)形光斑并作為像差校正系統(tǒng)；第一物鏡L3對脈沖寬度為200皮秒的耗盡光進(jìn)行調(diào) 整，使得其光斑的直徑等于空間光調(diào)制器（SLM)中液晶面板的寬度；反射鏡組設(shè)置在第一 物鏡L3的出射光與所述空間光調(diào)制器的入射光之間，用于對第一物鏡L3的出射光進(jìn)行調(diào) 整使其W3°~9°的入射角進(jìn)入所述空間光調(diào)制器SLM，第二透鏡組化4，L5)用于將空間 光調(diào)制器SLM的出射光進(jìn)行透射；反射鏡M4設(shè)置在第二透鏡組的透射光路上，其入射光為 所述第二透鏡組的出射光；單模光纖Fiber2設(shè)置在第二激光器Laser2的出射光路上，用于 對皮秒激光進(jìn)行模式調(diào)整；第二半波片設(shè)置在第一激光器Laserl的出射光路上，用于使得 所述皮秒激光為線偏振光并調(diào)整線偏振光的方向；后向反射鏡RR用于對經(jīng)過第二半波片 調(diào)整后的皮秒激光進(jìn)行反射，控制激發(fā)光和耗盡光脈沖之間的延遲時(shí)間；反射鏡M5的入射 光為后向反射鏡RR的反射光，第一雙色鏡DM1的第一入射光為經(jīng)過M4反射的耗盡光，其第 二入射光為經(jīng)過M5反射的激發(fā)光，用于對耗盡光進(jìn)行反射，對激發(fā)光進(jìn)行透射，并調(diào)整耗 盡光和激發(fā)光的方向使其重疊；第二雙色鏡DM2設(shè)置在第一雙色鏡的出射光路上，用于對 激發(fā)光和所述耗盡光進(jìn)行透射，并對巧光進(jìn)行反射；掃描系統(tǒng)Scanner設(shè)置在所述第二雙 色鏡的出射光路上，用于對重疊的激發(fā)光和耗盡光進(jìn)行同步掃描，實(shí)現(xiàn)面陣掃描；四分之一 玻片用于對經(jīng)過掃描后的激光進(jìn)行調(diào)整，使其為圓偏振光；空間物鏡L6用于對圓偏振光進(jìn) 行聚焦并收集樣品反饋的巧光信號；第二脈沖分束器PS2用于將經(jīng)過第二雙色鏡DM2反射 后的巧光分成兩部分，一部分光反射進(jìn)入自適應(yīng)光學(xué)AO像差校正系統(tǒng)，用于對系統(tǒng)像差進(jìn) 行實(shí)時(shí)校正；另一部分光被透射；光電倍增管PMT用于對被第二脈沖分束器透射后的巧光 進(jìn)行放大并進(jìn)行超分辨成像。相干自適應(yīng)光學(xué)像差校正COAT系統(tǒng)由空間光調(diào)制器SLM和 自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)A0共同組成，用于對系統(tǒng)的像差進(jìn)行實(shí)時(shí)校正，提高ST邸系統(tǒng)的空間分辨 率和成像深度。
[0007] 更進(jìn)一步優(yōu)選地，空間光調(diào)制器SLM的入射角為6°。
[0008] 更進(jìn)一步優(yōu)選地，還包括設(shè)置在所述第一激光器Laserl與所述第一半波片之間 且用于保護(hù)激光器的光隔離器FI。
[0009] 更進(jìn)一步優(yōu)選地，同步觸發(fā)第一激光器和第二激光器，并保持兩束激光脈沖峰值 之間的間隔為16化s-2(K)ps。
[0010] 更進(jìn)一步優(yōu)選地，間隔為18化S。
[0011] 更進(jìn)一步優(yōu)選地，在所述空間光調(diào)制器（SLM)上同時(shí)加載用于產(chǎn)生環(huán)形光的螺旋 灰階相位圖和用于相干自適應(yīng)光學(xué)像差校正的灰階相位圖。其中，螺旋灰階相位圖用于產(chǎn) 生圓環(huán)形耗盡光光斑，與激發(fā)光疊加后形成超越衍射極限的光斑，然后通過掃描形成超分 辨圖像，而相干自適應(yīng)光學(xué)像差校正系統(tǒng)用于校正樣品表面不平整性和樣品內(nèi)部折射率分 布的不均勻性產(chǎn)生的像差，使得我們的超分辨成像系統(tǒng)的分辨率更高，成像深度更深。
[0012] 更進(jìn)一步優(yōu)選地，第一脈沖分束器PS1將激光按照9:1分成兩路，小部分光透射進(jìn) 入光譜儀，大部分光反射作為耗盡光。第二脈沖分束器PS2將巧光按照9:1分成兩部分，一部分光反射進(jìn)入自適應(yīng)光學(xué)A0像差校正系統(tǒng)，用于對系統(tǒng)像差進(jìn)行實(shí)時(shí)校正；另一部分光 被透射。
[0013] 本實(shí)用新型通過調(diào)控兩束相干光中某一束光的相位，來實(shí)現(xiàn)對兩束光的相干加強(qiáng) 和相干減弱的操控，實(shí)現(xiàn)了顯微系統(tǒng)的像差校正，從而提了高ST邸超分辨顯微成像系統(tǒng)的 空間分辨率，可W解決現(xiàn)有超分辨成像系統(tǒng)在深層生物細(xì)胞成像時(shí)由于生物樣品表面的不 平整和樣品內(nèi)折射率分布不均勻引入的像差導(dǎo)致圖像質(zhì)量較差的問題。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本實(shí)用新型實(shí)施提供的超分辨成像系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)圖；
[0