[发明专利]一种基于交叉相位调制的快速对焦暗场成像装置及方法在审

专利信息
申请号: 202010202409.7 申请日: 2020-03-20
公开(公告)号: CN111239997A 公开(公告)日: 2020-06-05
发明(设计)人: 程雪梅;李松庭;张倩;陈浩伟;白晋涛 申请(专利权)人: 西北大学
主分类号: G02B21/10 分类号: G02B21/10;G02B21/08;G02B21/36;G02F1/35
代理公司: 东莞市科安知识产权代理事务所(普通合伙) 44284 代理人: 曾毓芳
地址: 710069 *** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 交叉 相位 调制 快速 对焦 暗场 成像 装置 方法
【说明书】:

本发明提出一种基于交叉相位调制的快速对焦暗场成像装置及方法,所述装置包括:光源系统、交叉相位调制系统和显微成像系统,所述光源系统产生激光束并输出至交叉相位调制系统,所述交叉相位调制系统将光源系统输入的激光束分成泵浦激光束和探测激光束,所述泵浦激光束和探测激光束进行交叉相位调制后产生空心光束,并输出至显微成像系统,所述显微成像系统基于所述空心光束进行暗场成像。本发明基于交叉相位调制技术实现快速对焦暗场成像,利用探测激光束在交叉相位调制中产生的空心光束代替现有透射式暗场成像装置中的挡光板,提高了暗场成像光强度,并通过泵浦光功率调节空心光束尺寸来进行快速对焦,革新了现有暗场成像装置,市场前景广阔。

技术领域

本发明涉及显微成像领域,具体涉及一种暗场显微成像装置与方法,尤其是一种基于交叉相位调制的快速对焦暗场成像装置及方法。

背景技术

光学显微镜是研究微观世界的重要工具。显微镜根据成像方式可以分为光学宽视场显微镜,共聚焦显微镜,体视显微镜等。在光学宽视场显微镜中,根据所需要观察标本的结构特点,人们又发展了明场、暗场、偏光和荧光成像等技术。利用明场显微可以对大部分目标进行观察,但是有些样品因为其折射率和周围环境相近,使用明场显微难以观察,而暗场显微技术可以很好地解决这个问题。暗场显微的原理是阻止透过标本的光直接进入物镜,只让由颗粒散射的光线进入物镜。这样,使物镜形成的像面是一个暗背景上分布着明亮颗粒的景象。暗场显微成像能够增强图像的对比度。作为一种有效的微观样品的观察检测手段,暗场显微技术被广泛应用于各个领域。

暗场显微的照明方式分为透射式照明和反射式照明,透射式照明是使用一个圆形遮光板遮住照明光束的中间部分,形成一个空心的锥形聚焦光束。如附图1所示,显微镜物镜位于光束的空心位置处,如果照明光束的发散角大于显微物镜的孔径角,那么照明光不会直接进入物镜,而只有被样品散射的光才会通过物镜成像。这种方法简单易行,但是遮光板挡住了大部分的照明光,所以光通量整体透过率很低,尤其是照射到样品上的实际光量很少。另一种反射式照明,如附图2所示,暗场反射镜面安装在物镜外壳靠近样品的位置,光线经过暗场反射镜面以超出物镜数值孔径的角度入射在样品上,标本发出的衍射或者杂散光由物镜收集后成像。反射式照明的优点是照明光完全照射在样品上,光量相对充足,但反射式照明结构复杂,实现方法较困难。本专利提供上述背景信息的目的是为了更好的理解本专利的技术出发点,但并不意味着上述信息可构成针对本专利的现有技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种全新的基于交叉相位调制的快速对焦暗场成像装置及方法,本发明通过使泵浦激光束作用于非线性介质如乙醇溶液来改变乙醇溶液的折射率分布,进而改变探测激光束在乙醇溶液出射端面处的相位分布,最终使得出射的探测激光束的远场光强重新分布,得到由中心暗斑和同心圆组成的空心光束,其中产生的空心光束的尺寸可以通过调节泵浦光的强度进行调控,这样本发明创新的利用产生的空心光束取代透射式照明中的挡光板。此外,本发明创新利用非球面透镜将空心光束聚焦在样品的表面,且针对不同厚度的样品可以通过调节空心光束的大小对其样品的不同深度处进行快速的聚焦,最终由样品散射的光束经过物镜的收集后可通过CMOS摄像机对样品形貌进行观察。本发明所述装置可通过对泵浦光功率的调节,获得不同位置处样品颗粒的成像情况,从而实现对样品的快速对焦暗场成像,革新了现有的暗场成像装置,具有广阔的推广应用前景。

为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:

一种基于交叉相位调制的快速对焦暗场成像装置,包括:光源系统、交叉相位调制系统和显微成像系统,所述光源系统产生激光束并输出至交叉相位调制系统,所述交叉相位调制系统将光源系统输入的激光束分成泵浦激光束和探测激光束,所述泵浦激光束和探测激光束进行交叉相位调制后产生空心光束,并输出至显微成像系统,所述显微成像系统基于所述空心光束进行暗场成像。

进一步的根据本发明所述的快速对焦暗场成像装置,其中所述光源系统包括第一激光器1,所述第一激光器1为产生线偏振高斯激光束的连续可调谐环形钛宝石激光器。

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