理过程。当对样品作二维扫描时，便可实现对样 品的二维高分辨成像。
[0055] 与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
[0056] (1)相对于原有的共聚焦显微镜，通过采用探测器阵列取代原有的单个针孔探测 器，使获得的图像具有更高的信噪比。
[0057] (2)相对于原有的荧光差分显微成像(FED)，采用光子重组的方法使获得的具有更 高的横向分辨率，也使图像具有更高的保真度。
[0058] (3)相对于原有的荧光差分显微成像(FED)，仅需获得空心光斑而无需获取实心光 斑，使装置更加简单和更高的成像速度。
【附图说明】
[0059]图1为传统的共聚焦显微镜装置示意图；
[0060]图2为一种纳米移动平台移动实现样品扫描的光子重组的非线性超分辨显微装置 示意图；
[0061 ]图3为针孔探测器阵列的横截面示意图；
[0062] 图4为一种通过振镜扫描实现对样品扫描的光子重组的非线性超分辨显微装置示 意图；
[0063] 图5为针孔探测器阵列中位于坐标(0,0)处中心探测单元所对应的激发点扩散函 数示意图；
[0064] 图6为针孔探测器阵列中位于坐标(0,0)处中心探测单元所获得的有效点扩散函 数的示意图；
[0065] 图7(a)实线为探测器阵列中位于坐标(0,0)处中心探测单元探测到的有效点扩散 函数示意图；图7(a)点虚线为探测器阵列中位于坐标(0.25λ，〇)处中心探测单元探测到的 有效点扩散函数示意图；图7(a)线虚线为探测器阵列中位于坐标(_0.25λ，〇)处中心探测单 元探测到的有效点扩散函数示意图；图7(b)实线为探测器阵列中位于坐标(0,0)处中心探 测单元探测到的有效点扩散函数示意图；点虚线和线虚线分别为将图7(a)位于(0.25λ，〇) 和(_0.25λ，〇)的探测器单元得到的有效点扩散函数作平移后所得到的有效点扩散函数示 意图；
[0066] 图8为将探测器阵列上每个探测单元探测到的有效点扩散函数作光子重组后得到 的有效点扩散函数示意图；
[0067] 图9为利用光子重组后得到的实心光斑对应的有效点扩散减去空心点光斑对应的 有效点扩散函数得到一个半高全宽更小的实心光斑对应的有效点扩散的过程示意图，其 中，图9(a)为将探测器阵列上每个探测单元探测到的光斑作光子重组后得到的实心光斑对 应的有效点扩散函数示意图；图9(b)为空心光斑对应的有效点扩散函数示意图；图9(c)为 相减后半高全宽更小的实心光斑对应的点扩散函数示意图。
【具体实施方式】
[0068] 下面结合实施例和附图来详细说明本发明，但本发明并不限于此。
[0069] 实施例1
[0070] 如图2所示，利用纳米移动平台实现样品扫描的非线性超分辨显微装置，包括高功 率激光器1，第一透镜2，偏振片3，第一反射镜4，0~2π祸旋位相板5，第一四分之一波片6，半 波片7，二色镜8，第二反射镜9，第二四分之一波片10，物镜11，样品12，滤光片13，第二透镜 14,探测器阵列15,计算机16和纳米移动平台17。
[0071] 采用图2所示的装置实现的非线性差分显微方法，其过程如下：
[0072] (1)激光器1发出高强度照明光，经第一透镜2准直并扩束;准直扩束后的照明光经 偏振片3后变成线偏振光；
[0073] (2)线偏振光经第一反射镜4反射后进入0~2JI涡旋位相板5进行相位调制;被调制 位相后的线偏光经第一四分之一波片6后补偿了后面的二色镜8和第二反射镜9造成的位相 差，使其在经第二反射镜反射后的出射光为准确的线偏光;位相差得到补偿的偏振光经半 波片7后得到改变了线偏振方向的出射光;然后再由二色镜8反射后被第二反射镜9反射进 入第二四分之一波片10,出射光变成相位得到调制的圆偏振光；圆偏振光经过物镜11聚焦 后得到一个高强度空心光斑聚焦到荧光样品12上；
[0074] (3)高强度空心光斑的激光照明荧光样品12后，使荧光产生非线性效应，达到饱和 后激发样品产生饱和荧光，再经过物镜11收集后经过第二反射镜9入射到二色镜8上;二色 镜8透射使荧光透射;透射的荧光经滤光片13滤光后滤除样品反射的激光及其他杂散光，仅 使荧光出射；出射的荧光经第二透镜14会聚后，聚焦到探测器阵列15上;探测器阵列15将光 信号转变成电信号，并将电信号传送至计算机16;
[0075] (4)计算机16将探测器阵列15中的每个探测器单元所获得的信号作相应的图像处 理后得到一个物点所对应的图像；
[0076] (5)样品12所在的纳米移动平台17与计算机16相连，通过计算机16来控制纳米移 动平台17使样品12移动完成二维扫描，得到样品对应的二维图像。
[0077] 实施例2
[0078]如图4所不，一种由振镜扫描实现样品扫描的非线性超分辨显微装置，包括高功率 激光器1，第一透镜2，偏振片3，第一反射镜4，0~2π祸旋位相板5，第一四分之一波片6，半波 片7，二色镜8，二维扫描振镜18，第二四分之一波片10，物镜11，样品12，滤光片13，第二透镜 14,探测器阵列15和计算机16。
[0079]采用图2所示的装置实现非线性超分辨显微方法，其过程如下：
[0080] (1)激光器1发出高强度照明光，经第一透镜2准直并扩束;准直扩束后的照明光经 偏振片3后变成线偏振光；
[0081] (2)线偏振光经第一反射镜4反射后进入0~2JI涡旋位相板5进行相位调制;被调制 位相后的线偏光经第一四分之一波片6后补偿了后面的二色镜8和二维扫描振镜18造成的 位相差，使其在经二维扫描振镜18反射后的出射光为准确的线偏光;位相差得到补偿的偏 振光经半波片7后得到改变了线偏振方向的出射光;然后再由二色镜8反射后进入如图中虚 线框内所示的二维扫描振镜18,二维扫描振镜18可以对入射光在二维方向上进行扫描；由 二维扫描振镜18出射的激光进入第二四分之一波片10,出射光变成相位得到调制的圆偏振 光;圆偏振光经过物镜11聚焦后得到一个空心光斑聚焦到荧光样品12上；
[0082] (3)高强度空心光斑的激光照明荧光样品12后，使荧光产生非线性效应，达到饱和 效应，激发样品产生饱和荧光，再经过物镜11收集后经过二维扫描振镜18入射到二色镜8 上;二色镜8透射使荧光透射;透射的荧光经滤光片13滤光后滤除样品反射的激光及其他杂 散光，仅使荧光出射；出射的荧光经第二透镜14会聚后，聚焦到探测器阵列15上;探测器阵 列15将光信号转变成电信号，并将电信号传送至计算机16;
[0083] (4)计算机16将探测器阵列15中的每个探测器单元所获得的信号作相应的图像处 理后得到一个物点所对应的图像；
[0084] (5)样品12由与计算机16相连的二维扫描振镜18进行二维扫描，通过计算机16来 控制二维扫描振镜18的在二维方向进行转动，使由二维扫描振镜18出射的光在二维方向上 实现对样品12的扫描，最终得到样品对应的二维图像。
【主权项】
1. 一种光子重组的非线性超分辨显微方法，其特征在于，包括步骤： 1) 照明光束准直扩束后转换为线偏振光，所述线偏振光调制为圆偏振光聚焦到荧光样 品上形成空心光斑照明； 2) 荧光样品被激发出饱和荧光，并由多个光电探测器组成的探测器阵列对荧光成像； 3) 对各探测器探测到的空心光斑做相应的平移后叠加，得到第一实心光斑的图像，实 现对相应扫描点的成像。2. 如权利要求1所述的非线性超分辨显微方法，其特征在于，通过在二维平面内移动样 品或改变照明光束在荧光样品上聚焦位置，完成对所述荧光样品的二维扫描。3. 如权利要求1所述的非线性超分辨显微方法，其特征在于，所述探测器阵列中具有处 于荧光样品共辄点处的光电探测器，将步骤3)中实心光斑对应的有效点扩散函数减去加权 后的所述光电探测器得到的空心光斑对应的有效点扩散函数，得到光斑更小的第二实心光 斑，并以第二实心光斑对扫描点进行成像。4. 如权利要求1所述的非线性超分辨显微方法，其特征在于，所述的照明光束的激光功 率可使荧光产生非线性效应，达到饱和。5. -种光子重组的非线性超分辨显微装置，其特征在于，包括沿光路依次布置的激光 器、透镜、偏振片、0~2π涡旋位相板、四分之一波片和荧光样品，以及用于收集激发出饱和 荧光的探测器阵列； 所述的探测器阵列由多个光电探测器组成； 还包括用于处理探测器阵列所采集信号的计算机。6. 如权利要求5所述的非线性超分辨显微装置，其特征在于，所述的四分之一波片包括 第一四分之一波片和第二四分之一波片。7. 如权利要求6所述的非线性超分辨显微装置，其特征在于，所述的第一四分之一波片 和第二四分之一波片之间设有用于调整入射光的线偏振方向的二分之一波片。8. 如权利要求5所述的非线性超分辨显微装置，其特征在于，所述的照明光束的功率可 使荧光产生非线性效应，达到饱和。9. 如权利要求5所述的非线性超分辨显微装置，其特征在于，还包括用于荧光样品二维 扫描的纳米平移台或二维扫描振镜。10. 如权利要求5所述的非线性超分辨显微装置，其特征在于，所述探测器阵列中的各 光电探测器呈矩形阵列分布。
【专利摘要】本发明公开一种光子重组的非线性超分辨显微方法，包括步骤：1)照明光束准直扩束后转换为线偏振光，所述线偏振光调制为圆偏振光聚焦到荧光样品上形成空心光斑照明；2)荧光样品被激发出饱和荧光，并由多个光电探测器组成的探测器阵列对荧光成像；3)对各探测器探测到的空心光斑做相应的平移后叠加，得到第一实心光斑的图像，实现对相应扫描点的成像。本发明还公开一种光子重组的非线性超分辨显微装置。本发明通过高功率激光照明以达到荧光的非线性效应，采用针孔探测器阵列取代传统共焦显微成像中放置于像面上的单个针孔探测器，利用光子重组技术，简化装置，提高成像速度。
【IPC分类】G01N21/64
【公开号】CN105510290
【申请号】CN201510975841
【发明人】刘旭, 刘秋兰, 匡翠方, 刘少聪
【申请人】浙江大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月22日