受激发射损耗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涡旋光束的超分辨受激发射损耗显微成像方法及装置，利用该方法可获得物体的三维超分辨显微成像。将第一形式的高级次轴对称偏振涡旋光束聚焦获得实心光斑，将第二形式的高级次轴对称偏振涡旋光束聚焦获得空心光斑。所述聚焦中空光斑与所述聚焦实心光斑重叠，聚焦实心光斑所激发的样品上的荧光基团发出荧光，而聚焦中空光斑抑制了该荧光基团外围所发出的荧光，这样就只有中间一个小于衍射极限的点发光并被观察到；激发的荧光经过滤光片滤波后被透镜聚焦，该聚焦光斑被探测器探测，得到超分辨受激发射损耗显微图像。

主权项

1.一种基于高级次轴对称偏振涡旋光束的受激发射损耗显微成像方法，包括如下步骤：在一路，激光器发出一连续或脉冲激光束，用作激发激光光束；所述激发激光光束经过针孔滤波器消除了杂散光，被透镜准直成一平行光束；该平行光束经过一偏振转换系统转换为第一形式的高级次轴对称偏振涡旋光束；然后该光束经过一光瞳滤波器，并被二向色分束镜反射，经过透镜聚焦获得一聚焦实心光斑；同时在另一路，激光器发出一连续或脉冲激光束，用作受激发射损耗光束；所述受激发射损耗光束经过针孔滤波器、准直透镜后获得一强度均匀的准直光束；所述准直光束被光束偏振转换系统转换为第二形式的高级次轴对称偏振涡旋光束，该光束进一步被光瞳滤波器调制，然后被二向色分束镜反射并被透镜聚焦，得到一聚焦中空光斑，用作受激发射损耗光斑；所述聚焦中空光斑与所述聚焦实心光斑重叠，聚焦实心光斑所激发的样品上的荧光基团发出荧光，而聚焦中空光斑抑制了该荧光基团外围所发出的荧光，这样就只有中间一个小于衍射极限的点发光并被观察到；激发的荧光经过滤光片滤波后被透镜聚焦，该聚焦光斑被探测器探测，得到超分辨STED显微图像，其中，高级次轴对称偏振涡旋光束具有如下的光场复振幅分布，${\overrightarrow{E}}_{\mathrm{in}}=\mathrm{AP}\left(\theta \right)\exp \left(\mathrm{il\phi }\right)\left\{\cos \right[(P-1)\phi +{\phi }_0]{\overrightarrow{e}}_r+\sin [(P-1)\phi +{\phi }_0\left]{\overrightarrow{e}}_{\phi }\right\},$上式中，A是一常数，代表光场的平均振幅大小；P(θ)为光束的光瞳函数，表征了光束的相对振幅及相位分布；l称为拓扑电荷数，表征沿圆周方向变化一周时光束涡旋相位变化的周期数；P为光束的偏振级次；分别为沿着径向和切向的单位矢量，其中P>1，l>0，当上述高级次轴对称偏振涡旋光束满足条件|l+P-1|=0或者|l-P+1|=0或者|l-P+2|=0或者|l+P-2|=0或者|l-P|=0或者|l+P|=0时，即为第一形式的高级次轴对称偏振涡旋光束，可聚焦获得实心光斑，否则即为第二形式的高级次轴对称偏振涡旋光束，聚焦获得空心光斑。