表面等离子体增强全内反射荧光显微成像方法及装置

摘要

本发明提出了一种基于高级次轴对称偏振光束的表面等离子体增强全内反射荧光显微成像方法，包括步骤：激光器发出的激光束经过针孔滤波器进行空间滤波，被准直透镜准直为平行光束；该平行光束入射到偏振转换系统中进行偏振态转换；获得的高级次轴对称偏振光束进一步通过光瞳滤波器和环形光阑进行振幅及相位调制；调制后的高级次轴对称偏振光束经过二向色分束镜反射到高数值孔径的聚焦物镜中进行聚焦，并射入“玻璃基底-金属薄膜-样品”的三层结构上；激发的荧光信号通过该三层结构反射回聚焦物镜中，并被其扩束，通过二向色分束镜透射，经过滤波片滤波后，最终被一聚光镜聚焦到针孔阵列板上，通过探测器将光信号转换为电信号，并进一步处理。

主权项

一种基于高级次轴对称偏振光束的表面等离子体增强全内反射荧光显微成像方法，包括如下步骤：激光器发出的激光束经过针孔滤波器进行空间滤波，然后被准直透镜准直为平行光束；该平行光束入射到偏振转换系统中进行偏振态转换，获得高级次轴对称偏振光束，所述高级次轴对称偏振光束具有如下的光场复振幅分布，${\overrightarrow{E}}_{in}(r,\phi ,z)=AP\left(r\right)\left\{cos\right[(P-1)\phi +{\phi }_0]{\overrightarrow{e}}_r+sin[(P-1)\phi +{\phi }_0\left]{\overrightarrow{e}}_{\phi }\right\}$其中，A是一常数，代表光场的平均振幅大小；P(r)为光束的光瞳函数，表征了光束的相对振幅及相位分布；P为光束的偏振级次；分别为沿着径向和切向的单位矢量；获得的高级次轴对称偏振光束进一步通过光瞳滤波器和环形光阑进行振幅及相位调制，其中环形光阑的作用是阻挡光束中间区域部分入射到聚焦物镜中，从而消除由于中间区域光束透射进行荧光激发导致的背景噪声；经过调制后的高级次轴对称偏振光束经过二向色分束镜反射到高数值孔径的聚焦物镜中进行聚焦，并射入“玻璃基底‑金属薄膜‑样品”的三层结构上；根据表面等离子体波激发需要满足的相位匹配条件，只有满足某一谐振角度范围的光束才能透射过三层结构，在金属表面激发较强的表面等离子体波光场；在金属表面激发的表面等离子体波沿着表面以行波的形式传播，彼此干涉形成一干涉场，但是该波的强度沿着垂直金属表面的轴向以指数形式衰减，因此，该表面等离子体波场只能激发金属界面附近的荧光分子；激发的荧光信号通过“样品‑金属薄膜‑玻璃基底”三层结构反射回聚焦物镜中，并被其扩束，通过二向色分束镜透射，经过滤波片滤波后，最终被一聚光镜聚焦到针孔阵列板上，在针孔后面放置探测器，将光信号转换为电信号，并进一步送入计算机进行后续的分析处理。