[发明专利]一种周期性亚波长小孔阵列采样模板及其成像方法

说明书

一种周期性亚波长小孔阵列采样模板及其成像方法，属于光学波段显微探测成像装置，用于快速宽视场超分辨成像。本发明的周期性亚波长小孔阵列采样模板，由镀覆在透明基质上的金属薄膜构成，金属薄膜上具有亚波长小孔阵列，其为由0和1组成的M行N列周期性矩阵，其M行按照循环S矩阵的移位方式构造；本发明的成像方法，基于面阵探测器，对于穿过样品的光场作近场采样，在工作时采样模板只需要少数几次移动或者不移动而成像，速度较快，采样模板面积可以很大，提供的稀疏像场采用压缩感知方法进行重构，获得样品的超分辨宽视场图像，其分辨率可以达到几十纳米，适用于紫外光到太赫兹波段的光波，对于细胞生物学和细胞影像学具有重要价值。

技术领域

本发明属于光学波段显微探测成像装置，具体涉及一种周期性亚波长小孔阵列采样模板及其成像方法。

背景技术

申请人于2005年申请的CN200510018994.0发明专利“光学波段的近场显微镜”，属于光学波段近场探测装置，目的在于免去探针及其与样品间距保持技术及其系统，同时实现超衍射限分辨率成像和光谱探测。该发明包括顺序排列的近场取景窗、近场编码板、转换光波导、分光系统和光电探测器；近场编码板为按循环s矩阵分布的亚波长小孔阵列，小孔孔径小于瑞利判据中的r值；经取景窗过来的光在近场编码板的小孔中被提取并在转换光波导中转化成传导波送往后续装置。该发明可以供多观察手段联用；可以在研究细胞与激光束相互作用的同时进行亚细胞水平的观察，系统承受外场作用能力大为增强；可以在对样品做纳米分辨率的成像观察同时，得到样品的纳米分辨图像的光谱信息；分辨率与现有探针扫描近场光学显微镜相似，为50nm左右。

该发明中使用的近场编码版为按循环s矩阵分布的亚波长小孔阵列，这种矩阵不可能做得很大，因此用于大面积成像时需要辅助装置及一定的扫描，造成速度较慢，或者成像面积较小。

本申请文本中，利用平面XY直角坐标系，XY平面中，X轴为水平轴，向右为正方向，Y轴为垂直轴，向上为正方向。

发明内容

本发明提供一种周期性亚波长小孔阵列采样模板，同时提供其成像方法，解决现有采样模板速度较慢，成像面积较小的问题，用于快速宽视场超分辨成像。

本发明所提供的一种周期性亚波长小孔阵列采样模板，由镀覆在透明基质上的金属薄膜构成，所述金属薄膜上具有亚波长小孔阵列，其特征在于：

所述亚波长小孔阵列为由0和1组成的M行N列周期性矩阵，所述周期性矩阵的第一行为向量v_i，其中0和1的总位数为M，所述周期性矩阵的其余M-1行按照循环S矩阵的移位方式构造，形成M×N的周期矩阵，其循环周期T＝i+1；i为两个1之间0的个数，M≥256，N≥256，i＝1、2、…或30；

v₁＝(1，0，1，0，...，1，0)，

v₂＝(1，0，0，1，0，0，...，1，0，0)，

v₃＝(1，0，0，0，1，0，0，0，...，1，0，0，0)，

v_i＝(1，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，...)；

所述金属薄膜上的亚波长小孔阵列，0为不透光小孔，1为透光小孔。

以i＝1为例，所述周期性矩阵的第一行为向量v_i，可构成为周期T＝2的周期矩阵。

0101010101010101010101010…

1010101010101010101010101…

0101010101010101010101010…