[实用新型]一种基于双光束频率调制的三维高分辨率成像装置

说明书

根据本实用新型的基于双光束频率调制的三维高分辨率成像装置，包括分束镜、频率调制器、第一反射镜、第二反射镜，二分之一波片，偏振分光棱镜、二向色镜，二维振镜、聚焦物镜、第一透镜单元、针孔组件、探测器。分束镜、第一反射镜沿第一光轴线依次设置，分束镜、频率调制器、第二反射镜沿第二光轴线依次设置，第一反射镜、频率调制器、二分之一波片以及偏振分光棱镜沿第三光轴线依次设置，第二反射镜、偏振分光棱镜、二向色镜以及二维振镜第四光轴线依次设置，二维振镜、聚焦物镜沿第五光轴线依次设置，二向色镜，第一透镜单元、针孔组件以及探测器沿第六光轴线依次设置。

技术领域

本实用新型属于光学技术领域，具体涉及一种基于双光束频率调制的三维高分辨率成像装置。

背景技术

光学成像由于具有非接触、非破坏性特点，被广泛应用于生命科学、材料科学等研究领域。而光学分辨率则是光学成像系统的一个重要指标，通常分辨率越高越好。光学分辨率包括横向分辨率和轴向分辨率，这两者之间会彼此限制。即横向分辨率越高、轴向分辨率越低；轴向分辨率越高，横向分辨率越低。因此，如何提高横向分辨率与轴向分辨率是研究人员持续努力的目标。如果能够同时实现高横向分辨率与高轴向分辨率则具有重要应用价值。

利用线偏振光的矢量特性在光学显微成像等领域中有重要的研究意义。例如，共焦显微镜系统是物象共轭的点对点成像，聚焦的激光束在样品表面扫描，同时光电检测器件接收样品反射的荧光(或透射的荧光)，样品结构的变化使激发的荧光强度改变，因而使光电检测器的输出电流改变，经过信号处理，同步显示在计算机屏幕上。由于照射的线偏振光通过高数值孔径的透镜聚焦，产生的是面积很小的椭圆光斑。如果沿椭圆光斑短轴方向对样品扫描，根据瑞利判据，共焦显微镜扫描步长为两倍椭圆短轴距离时，光电探测器即可响应反射光强度的改变，即分辨出两点的差异，系统分辨率很高。如果沿椭圆光斑长轴方向对样品扫描，且扫描步长小于两倍椭圆长轴距离时，根据瑞利判据，光电探测器将不能响应反射光强度的改变，无法分辨出两点的差异。因此系统的分辨率决定于聚焦光斑长轴大小。在先技术中,参见“K.A.Serrels，E.Ramsay，R.J.Warburton and D.T.Reid，Nanoscaleoptical microscopy in the vectorial focusing regime，nature photonics，vol.2，May2008,311-314”，为了提高分辨率，在扫描长轴方向时机械的插入二分之一波片改变入射线偏振光的偏振方向，但是这会降低系统改变扫描方向时的扫描速率及系统分辨精度，而且由于其中一束入射光多经过了一次二分之一波片，因此这两束正交偏振光的入射功率不同，从而使聚焦光束功率发生变化，会增加系统误差，系统稳定性不高。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的之一在于提供一种基于双光束频率调制的三维高分辨率成像装置，通过一种有效的光学结构，同时构建两束偏振方向正交的的线偏振光照明，并且利用双光束的频率调制来区分两束正交线偏振光聚焦后形成的椭圆光斑的重叠区域与其它非重叠区域，利用光电探测器接收信号的频率解调来提取两束正交线偏振光聚焦后形成的椭圆光斑的重叠区域对应的有效信号，实现提高三维分辨率的目的。

本实用新型提供了一种基于双光束频率调制的三维高分辨率成像装置，具有这样的特征，包括分束镜、频率调制器、第一反射镜、第二反射镜，二分之一波片，偏振分光棱镜、二向色镜，二维振镜、聚焦物镜、第一透镜单元、针孔组件、探测器，其中，分束镜、第一反射镜沿第一光轴线依次设置，分束镜、频率调制器、第二反射镜沿与第一光轴线垂直的第二光轴线依次设置，第一反射镜、频率调制器、二分之一波片以及偏振分光棱镜沿与第一光轴线垂直的第三光轴线依次设置，第三光轴线与第二光轴线平行，第二反射镜、偏振分光棱镜、二向色镜以及二维振镜沿与第三光轴线垂直的第四光轴线依次设置，二维振镜、聚焦物镜沿与第四光轴线垂直的第五光轴线依次设置，二向色镜，第一透镜单元、针孔组件以及探测器沿与第四光轴线垂直的第六光轴线依次设置，第一透镜单元包括一个透镜或多个透镜的组合。