一种免扫描瞬态吸收宽场超快光学显微成像系统

本发明涉及显微成像，具体涉及一种免扫描瞬态吸收宽场超快光学显微成像系统。

背景技术：

1、瞬态吸收(或称泵浦-探测)技术是一种成熟的超快光谱学表征方法，用于研究体系激发态的超快动力学过程。通过第一束泵浦激光脉冲将研究体系激发到激发态，并在一定时间延迟之后用第二束激光探测激光脉冲探测体系被激发后的吸收光谱变化，可以记录体系激发态的光谱特征和时间动力学。然而，在传统瞬态吸收光谱中，空间分辨的光谱信息是缺失的。近年来，随着研究重点从纯净均匀的溶液样品逐渐转向现实应用中复杂和异质的样品，瞬态吸收测量中缺乏空间分辨率的问题日益引起关注，主要体现在两个方面。首先，信号主要来自一定体积内的平均值，任何空间相关特征都会丢失。其次，信号的空间来源无法定位，因此无法捕捉到激发态的空间演化行为。瞬态吸收显微镜的发展旨在提供额外的空间信息，并从空间异质性中揭示局部特征。通过将泵浦光和探测光紧密聚焦于样品，并在整个视野范围内进行栅格扫描，实现了高空间分辨率。超快光学显微成像技术在材料科学、生物医学等领域具有广泛的应用前景。

2、然而，现有的超快光学显微系统多基于振镜扫描激光或电动样品台移动样品的方法实现超快光学信号的平面成像。这种成像方式速度较慢，测试一组完整的时间分辨显微图像数据通常需要数小时之久，由于物镜的强聚焦，导致焦点处的激光功率密度极高，极易打坏样品，因此传统系统对激光光源以及被测样品的稳定性要求均较高。此外，传统超快光学显微系统多采用商用飞秒激光输出的高斯光斑直接通过物镜聚焦于样品上成像，导致焦点处激发光功率不均匀，很难精确地表征样品超快动力学过程与激发功率密度的定量关系。

技术实现思路

1、本发明提供一种免扫描瞬态吸收宽场超快光学显微成像系统，旨在解决现有的宽场超快光学成像系统的扫描成像速度缓慢、准确度和成像质量差等问题。

2、本发明实施例提供一种免扫描瞬态吸收宽场超快光学显微成像系统，包括：光源模块、分束镜、第一反射镜、泵浦光预压缩模块、探测光预压缩模块、光学延迟线、光学斩波器、显微成像模块、反射镜组、光束整形器以及宽场显微成像模块；

3、所述光源模块发射光线至所述分束镜，通过所述分束镜进行分束形成泵浦光和探测光，所述探测光依次经过所述探测光预压缩模块、所述光学延迟线及所述反射镜组传递至所述光束正弦器；所述泵浦光依次经过所述泵浦光预压缩模块、所述光学斩波器及所述反射镜组传递至所述光束整形器，所述光束整形器将所述探测光和所述泵浦光调整为平顶光斑后，发射至所述宽场显微成像模块显示。

4、优选的，所述宽场显微成像模块包括高灵敏cmos面阵相机或具有锁相功能的高灵敏面阵相机和光学镜组。

5、优选的，所述光源模块为飞秒激光器。

6、优选的，所述光束整形器为多迹反射中性密度滤波片、柱面微透镜阵列或其他多重透镜阵列。

7、优选的，所述泵浦光预压缩模块为棱镜对或啁啾镜组。

8、优选的，所述探测光预压缩模块为棱镜对或啁啾镜组。

9、与现有技术相比，本发明的有益效果在于，通过将光源模块发射光线至所述分束镜，通过所述分束镜进行分束形成泵浦光和探测光，较强的透射光作为泵浦光进入泵浦光预压缩模块，较弱的反射光作为探测光进入探测光预压缩模块。泵浦光经过光学斩波器对其进行脉冲调制，探测光经光学延迟线进行时间延迟之后，通过反射镜组使泵浦光和探测光共束。共束光进入光束整型器，调整为平顶光斑后，入射到样品表面，经过宽场显微成像模块的物镜系统聚焦成像，经待测样品透射的探测光通过高灵敏cmos面阵相机或具有锁相功能的高灵敏面阵相机信号采集，完成超快光学信号的平面成像。在宽场超快光学显微成像系统中，由于光源和宽场显微成像模块能实现高速、高分辨率的超快光学信号平面成像，大大提高成像效率和时间分辨率；且具备较好的成像质量和准确性。

技术特征：

1.一种免扫描瞬态吸收宽场超快光学显微成像系统，其特征在于，包括：光源模块、分束镜、第一反射镜、泵浦光预压缩模块、探测光预压缩模块、光学延迟线、光学斩波器、显微成像模块、反射镜组、光束整形器以及宽场显微成像模块；

2.如权利要求1所述的免扫描瞬态吸收宽场超快光学显微成像系统，其特征在于，所述宽场显微成像模块包括高灵敏cmos面阵相机或具有锁相功能的高灵敏面阵相机和光学镜组。

3.如权利要求1所述的免扫描瞬态吸收宽场超快光学显微成像系统，其特征在于，所述光源模块为飞秒激光器。

4.如权利要求1所述的免扫描瞬态吸收宽场超快光学显微成像系统，其特征在于，所述光束整形器为多迹反射中性密度滤波片、柱面微透镜阵列或其他多重透镜阵列。

5.如权利要求1所述的免扫描瞬态吸收宽场超快光学显微成像系统，其特征在于，所述泵浦光预压缩模块为棱镜对或啁啾镜组。

6.如权利要求1所述的免扫描瞬态吸收宽场超快光学显微成像系统，其特征在于，所述探测光预压缩模块为棱镜对或啁啾镜组。

技术总结
本发明提供了一种免扫描瞬态吸收宽场超快光学显微成像系统，包括：光源模块、分束镜、第一反射镜、泵浦光预压缩模块、探测光预压缩模块、光学延迟线、光学斩波器、显微成像模块、反射镜组、光束整形器以及宽场显微成像模块；光源模块发射光线至分束镜，通过分束镜进行分束形成泵浦光和探测光，探测光依次经过探测光预压缩模块、光学延迟线及反射镜组传递至光束正弦器；泵浦光依次经过泵浦光预压缩模块、光学斩波器及反射镜组传递至光束整形器，光束整形器将探测光和泵浦光调整为平顶光斑后，发射至宽场显微成像模块显示。本发明的超快光学显微成像系统扫描成像速度快，准确度和成像质量高。

技术研发人员：马琳,高天将
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21