[发明专利]时空分辨光谱成像系统

说明书

本发明属于光学显微仪器制造技术及光谱成像技术领域，特别涉及时空分辨光谱成像系统，包括脉冲激光光源系统、显微镜系统、成像模块和图像处理模块；所述脉冲激光光源系统发射波长在λ₁和λ₂之间交替变化的脉冲激光光束；所述显微镜系统和成像模块设置在脉冲激光光源系统的输出光路上；所述图像处理模块提取成像模块获得的图片，通过对图片散射光强度进行运算处理，获得表示目标样品局部表面等离子体共振波长的图片，实现时空分辨光谱成像；本发明的时空分辨光谱成像系统，可同时检测到视野中多个目标样品的局部表面等离子体共振散射波长，采集光谱时间分辨率从现有技术中的秒级下降至毫秒级，空间分辨率显著提高。

技术领域

本发明属于光学显微仪器制造技术及光谱成像技术领域，特别涉及时空分辨光谱成像系统。

背景技术

金属或半导体纳米材料具有稳定的局域表面等离子体散射性能，因而受到了广泛关注。为了利用该散射光对纳米材料表面的折射率超灵敏响应能力，已有多种暗场显微镜被发展用于研究等离子体纳米探针在化学和生物分析中的应用。目前已有的暗场显微镜主要分为两种：光谱检测型和散射光强检测型。光谱检测型暗场显微镜利用宽带光源及光谱仪对等离子体共振散射光谱进行分析，而散射光强型则利用单波长的激光作为光源对纳米颗粒的在特定波长下的散射截面进行分析。这两种暗场显微镜都有各自的优势和劣势，比如光谱检测型暗场显微镜可以稳定采集单颗粒纳米粒子的散射光谱，但是需要逐个对纳米粒子进行光谱采集，无法同时对多个粒子进行光谱采集，采样通量低，且在生物体系中有很强的散射背景，影响检测灵敏度。散射光强型暗场显微镜避免了生物背景散射的干扰，拥有极高的时间分辨率和灵敏度，但是由于检测的是目标样品在该波长下的散射光强，易受到光源光强的波动、系统机械误差和非对称目标样品方向变化带来的干扰，导致无法精确测得其光谱数据。

发明内容

本发明解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种时空分辨光谱成像系统。

为解决上述问题，本发明的技术方案如下：

时空分辨光谱成像系统，包括脉冲激光光源系统、显微镜系统、成像模块和图像处理模块；

所述脉冲激光光源系统发射波长在λ₁和λ₂之间交替变化的脉冲激光光束；

所述显微镜系统和成像模块设置在脉冲激光光源系统的输出光路上；

所述图像处理模块提取成像模块获得的图片，通过对图片散射光强度进行运算处理，获得目标样品的局部表面等离子体共振波长，实现时空分辨光谱成像。

优选地，所述激光光源系统包括波长为λ₁的第一入射光源、波长为λ₂的第二入射光源和二向色镜，所述第一入射光源的入射光经二向色镜反射与透过二向色镜的第二入射光源的入射光汇聚成一束波长在λ₁和λ₂之间交替变化的脉冲光束。

优选地，所述时空分辨光谱成像系统还包括波形发生器，所述波形发生器连接所述第一入射光源、第二入射光源和成像模块；所述波形发生器同时向第一入射光源、第二入射光源和成像模块输出三种不同触发信号；其中给第一入射光源、第二入射光源输出的触发信号为一对相位相反、频率同为f₁的方波信号，给成像模块输入的触发信号为频率为f₂的脉冲信号，所述f₂＝2f₁。

优选地，所述二向色镜与显微镜系统之间设置有偏振片。

优选地，所述第一入射光源和第二入射光源的入射角度可独立调节。

优选地，所述显微镜系统为全内反射显微镜、透射式暗场显微镜、反射式暗场显微镜、光片显微镜、共聚焦显微镜、内窥镜中任意一种。