[发明专利]一种基于单光镊介质微球高分辨率光学检测方法

说明书

本发明公开了一种基于单光镊介质微球高分辨率光学检测方法，连续型激光经过准直扩束，被显微物镜聚焦形成强聚焦光场，捕获并操控单个介质微球，实现单光镊介质微球。照明光束经准直后，经过物镜照明样品，通过CCD相机采集图像。成像时，物体表面结构信息先经过被捕获的微球，后进入显微镜，最后由CCD成像，可实现高分辨率成像。本发明在实现介质微球操控的同时，还能实现高的成像分辨率，能够在远场区域，通过面成像方式，实现特征尺寸220nm的微纳结构测量，具有高分辨力、并行、快速测量等优点。

技术领域

本发明属于光学测量工程的技术领域，具体涉及一种基于单光镊介质微球高分辨率光学检测方法。

背景技术

人类对微观世界的探究永不止步，随着对微观结构的研究越来越深入，对分辨率的要求也越来越高，发展高分辨率的微纳检测技术对现代生物、医学、材料等基础领域和IT、高端制造等技术领域都具有重大意义。随着生物医学和材料科学的快速发展，人们希望从分子层面探究生命过程，从纳米乃至亚纳米尺度研究材料结构特征与其功能、性能之间的直接联系。先进微纳加工技术的快速发展，必然离不开高精度的微纳检测技术。同时，高精度微纳检测技术在在引力波、同步辐射等大科学工程中也有着重要的应用。

光学检测技术作为微纳检测技术的典型代表之一，在许多领域都有十分重要的应用。但由于光学衍射极限的存在，传统光学显微镜的横向分辨力受到极大限制，根据阿贝衍射原理，光学系统最高横向分辨力仅为入射波长的1/2。分辨率受限来源于隐矢波的丢失，隐矢波中包含物体精细结构信息，其强度随着距离指数衰减，因此只存在于近场。如何实现高分辨光学测量，一直是科学界关注的热点与难点问题之一。

光学检测方法根据作用距离的远近，可以分为近场测量方法与远场测量方法两类。其中，近场测量方法作用距离极短、测量效率低，极大的限制了在实际中的应用。而远场高分辨测量方法，具有极强的可操作性。基于共聚焦原理结合光瞳滤波、超振荡等技术，能够提升横向分辨力，但由于是点测量方式，测量效率低。而基于结构光频域调制方法，能够大面积成像，但受限于测量原理，横向分辨力仅能提升一倍。为了进一步增强成像分辨率，各种新的测量方法被不断提出。这其中，受自然界液滴能够实现更高成像分辨力现象启发，2011年，王增波小组在《Nature Communications》上提出了基于介质微球的增强分辨率的成像技术，将直径微米量级的介质微球，与传统显微镜结合，采用白光作为光源，实现高分辨力成像。该方法具有低成本、高分辨力等优点，在众多远场超分辨测量技术中独具一格。目前使用介质微球用于测量仍然存在很多问题：测量视场狭窄；微球直接放置在样品表面，无法获得最佳成像质量。因此，为了促进微纳检测的发展，研究基于单光镊介质微球高分辨率光学检测方法具有十分重要的意义。

本方法采用光镊原理操控单个介质微球，克服微球直接放置在样品表面的缺点，可获得最佳成像效果，提高测量效率，从而实现一种基于单光镊介质微球高分辨率光学检测方法

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于单光镊介质微球高分辨率光学检测方法，可以实现高灵活性、高分辨力、快速测量，测量精度可到纳米量级。

本发明所采用的技术方案是：一种基于单光镊介质微球高分辨率光学检测方法，以介质微球为核心，采用光镊技术，实现介质微球空间位置的任意操控，获得最佳成像效果。在此基础上，利用白光照明，CCD采集高分辨率的图像。测量系统光学部分主要可以分为三大部分，分别是操控光路、照明光路、探测光路。

所述方法包括步骤为：

步骤S1：在操控光路中，准直扩束后的激光束后经物镜聚焦形成单个光势阱，从而捕获单个介质微球，操控并移动介质微球获得最佳成像效果；

步骤S2：在照明光路中，白光光源经过准直后，经过显微镜，再经过介质微球，对样品进行照明；

步骤S3：利用CCD采集图像，进行成像分析，评估介质微球分辨能力；