[发明专利]基于非对称入射的样品轴向位置跟踪校正的方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于高精度、超分辨显微领域，特别涉及一种基于非对称入射的样品轴向位置跟踪校正的方法和装置。

背景技术

在超分辨显微系统当中，待测样品需要放置在显微物镜的焦平面处。然而，在扫描过程中，由于热漂移和应力漂移等因素的影响，待测样品不可避免地会随时间发生轴向漂移，偏离焦平面，从而严重影响显微系统的成像精度。特别是对于需要多次对同一像素点进行重复扫描的显微方法来说，这种轴向漂移所带来的影响将更为明显，这是因为轴向漂移可能导致多次重复扫描的并非为同一像素点。因此，为了提高显微系统的测量精度，必须在系统中实时地跟踪待测样品的轴向位置，并对产生的轴向漂移进行校正，以保证待测样品的轴向位置一直处于显微物镜的焦平面处。

随着科学技术的发展，科研工作者们针对显微系统中的样品跟踪方法进行了大量的研究。2004年，专利号为ZL200410006359.6的中国发明专利提出了一种具有高空间分辨力的差分共焦扫描检测方法，该方法虽然部分解决了显微样品轴向位置的跟踪问题，可以较好地提高显微系统的测量精度，并且有效地了避免系统中所用激光的能量漂移对跟踪效果的影响，但是该方法的测量范围较小，从而使得其在使用上仍然具有较大的局限性。

发明内容

本发明提供了一种对显微样品轴向位置进行跟踪校正的方法和装置，不但使用方便，而且跟踪范围大，灵敏度高，校正准确，其中，跟踪灵敏度达到2nm，跟踪范围达到±1μm。该种方法和装置可以广泛应用于共聚焦显微镜(Confocal Microscopy)，受激发射损耗显微镜(STED：Stimulated Emission Depletion Microscopy)等高精度超分辨显微设备当中，用以保证待测样品一直位于显微物镜的焦平面处。

一种基于非对称入射的样品轴向位置跟踪校正的方法，包括以下步骤：

(1)由激光器发出的激光光束经过单模光纤和准直透镜进行准直；

(2)经过准直后的光线通过起偏器转换为线偏振光，再经过偏振转换器转变为第一切向偏振光，所述第一切向偏振光横截面上各点的偏振方向呈轴对称分布，对称轴方向与所述起偏器的透光轴平行；

(3)所述第一切向偏振光通过一个0/π位相分割线与所述起偏器的透光轴方向垂直的0/π位相板(即所述0/π位相板的0/π位相分割线与所述第一切线偏振光对称轴方向垂直)形成第二切向偏振光，所述第二切向偏振光横截面上各点的偏振方向不仅关于原对称轴(即步骤(2)中第一切向偏振光的对称轴)对称，而且关于所述0/π位相板的位相分割线对称；

换言之，所述第二切向偏振光横截面上各点的偏振方向同时关于两条对称轴对称，其中一条对称轴的方向与起偏器的透光轴方向平行，另外一条对称轴的方向与0/π位相板的0/π位相分割线平行，由于0/π位相板的0/π位相分割线与所述起偏器的透光轴方向垂直，因此两条对称轴互相垂直；

(4)所述第二切向偏振光经空间滤波组件滤去光束中的杂散光后，再通过3/4遮挡板，使得只有1/4的光束透过形成非对称入射光束；

(5)所述非对称入射光束经过分光棱镜后，透射光线经显微物镜聚焦后投射到位于三维纳米扫描平台的待测样品上，同时经待测样品反射的光束沿原光路逆向返回，由所述显微物镜收集后，经所述分光棱镜分解得到反射光线并作为监控光束；

(6)所述监控光束经监控光束聚焦透镜聚焦后，由光电感应器件接收，根据所接收到的监控光束聚焦光斑的信息得到监控光束聚焦光斑的重心偏移量(即监控光束聚焦光斑的重心相对于光电感应器件感应面中心的漂移量)，并标定监控光束聚焦光斑的重心偏移量与待测样品的轴向位置漂移量的关系，把这个关系式作为系统标定函数输入计算机，完成系统的标定；

(7)当待测样品发生轴向位置漂移时，计算机根据所测得的监控光束聚焦光斑的重心偏移量在标定好的系统内跟踪查询到相应的待测样品的轴向位置漂移量，并据此发出指令调整三维纳米扫描平台的轴向位置，实现对待测样品的轴向位置的校正。

所述的光电感应器件为高速电荷耦合器件(CCD：Charge Couple Device)或者四象限探测器(QD：Quadrant Detector)。

当使用CCD作为光电感应器件时，所述的监控光束聚焦光斑的信息为监控光束在CCD上所成光斑的重心坐标，通过与光电感应器件感应面中心坐标的比较，可得到监控光束聚焦光斑的重心偏移量。