[发明专利]一种超高分辨率非线性光学显微系统

说明书

技术领域

本发明涉及激光检测领域，尤其涉及一种超高分辨率非线性光学显微系统。

背景技术

远场光学显微镜的空间分辨率一直受限于衍射极限。光波由于其波动特性会发生衍射，因而光束不能无限聚焦，200nm是远场光学显微镜的理论分辨极限。而随着生命科学的迅速发展，研究已深入到单细胞、亚细胞和单分子这样的层次，光学显微镜的空间分辨率已经成为最为关键的核心问题。

尽管近场扫描光学显微镜（Near-field Scanning Optical Microscopy，NSOM）突破了衍射极限，不再受到光波的限制，分辨率可以达到纳米级别，但是它只适用于表面二维高分辨率测量，不能直接观测细胞内部。

近年来，基于现代测量技术的发展和近期物理学家带来的技术革新，远场光学显微镜得到了革命性的进展，分辨率提高到纳米尺度，其中主要包括受激发射减损显微镜（Stimulated Emission Depletion（STED）Microscopy），饱和结构光学显微镜（Saturated Structured Illumination Microscopy，SSIM），基于探针定位技术的光敏定位显微镜（Photo Activated Localization Microscopy，PALM）和随机光学重建显微镜（Stochastic Optical Reconstruction Microscopy，STORM）。

这些技术使得光学显微镜得以突破光波衍射极限的限制，直接在单分子水平上对生物细胞内部进行细微的观察研究。超高分辨光学显微方法的发展遇到的一个瓶颈问题就是很难实现生物活体组织的成像。究其本质，是因为这些显微方法都是基于单光子激发荧光技术，具有较差的光学穿透性，无法满足实际应用中的多种需要。

发明内容

本发明提供了一种超高分辨率非线性光学显微系统，本发明突破了传统非线性光学显微的衍射极限限制，适合于生物活体组织的超高分辨层析成像，提高了光学穿透性，详见下文描述：

一种超高分辨率非线性光学显微系统，所述超高分辨率非线性光学显微系统包括：第一飞秒激光器，第二飞秒激光器，倍频泵浦光参量振荡器，单模光纤，螺旋相位板或相位调制器，延迟装置，第一双色分光镜，第二双色分光镜，物镜，滤光片，雪崩式光电二极管或光电倍增管和样品台，

所述第一飞秒激光器生成第一飞秒激光，用于非线性激发荧光染料或荧光蛋白；所述第二飞秒激光器生成第二飞秒激光，作为所述倍频泵浦光参量振荡器的泵浦光源，且所述第一飞秒激光器和所述第二飞秒激光器锁相同步；

所述倍频泵浦光参量振荡器产生宽调谐范围的超短激光脉冲，作为受激发射减损光；所述受激发射减损光经所述单模光纤后，脉冲宽度拉伸至200ps以上；所述螺旋相位板或相位调制器调制所述受激发射减损光的空间相位，使之在聚焦处的强度分布为空心环状；所述延迟装置用于调节所述第二飞秒激光到达样品的时间；

所述第一双色分光镜将调节后的第二飞秒激光和调制后的受激发射减损光合束；所述第二双色分光镜用于分离荧光和杂散光；所述物镜将调节后的第二飞秒激光和调制后的受激发射减损光共线聚焦于样品，并收集荧光；

所述滤光片为带通滤光片，通过所述荧光；所述雪崩式光电二极管或光电倍增管探测所述荧光，获得单点荧光信号的光强；所述样品台对样品进行扫描，获取超高分辨率荧光显微图像。

所述第一飞秒激光为超短脉冲激光。

所述第二飞秒激光为超短脉冲激光。

本发明提供的技术方案的有益效果是：该系统结合了非线性光学技术和受激发射减损显微技术，采用波长较长的短脉冲红外激光作为多光子激发光源，其受散射影响小，提高了穿透性，有利于生物活体组织的超高分辨层析成像。

附图说明

图1：本系统的光路示意图；

图2：荧光分子能级跃迁、自发辐射和受激辐射示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1：第一飞秒激光器；                        2：第二飞秒激光器；

3：倍频泵浦光参量振荡器；                  4：单模光纤；

5：螺旋相位板或相位调制器；                6：延迟装置；

7：第一双色分光镜；                        8：第二双色分光镜；

9：物镜；                                  10：滤光片；