[发明专利]基于偏振调制空心光斑照明的三维亚十纳米定位方法和装置

权利要求书

1.一种基于偏振调制空心光斑照明的三维亚十纳米定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)调整准直后激光光束的偏振情况，使激光光束分时地被调制为两种线偏振光，即P光和S光；

2)对所述的P光进行横向相位调制，并对S光进行轴向相位调制；

3)经相位调制的P光形成投射到样品上的横向空心光斑，经相位调制的S光形成投射到样品上的轴向空心光斑；

4)分别移动所述横向空心光斑的横向激发位置和所述轴向空心光斑的轴向激发位置；

5)使用单光子计数器接收荧光分子被不同位置的光斑激发出的信号光；

6)利用5)中所得到的光子数信息，重构出荧光分子的三维空间信息。

2.如权利要求1所述的基于偏振调制空心光斑照明的三维亚十纳米定位方法，其特征在于，利用0-2π涡旋位相板对P光进行横向相位调制，利用0/π相位板对S光进行轴向相位调制。

3.如权利要求1所述的基于偏振调制空心光斑照明的三维亚十纳米定位方法，其特征在于，移动光束的激发位置时，将光束的光强调制至0。

4.一种基于偏振调制空心光斑照明的三维亚十纳米定位装置，其特征在于，包括激发光光源、承载待测样品的样品台和将光束投射到所述样品台的显微物镜，激发光光源与显微物镜之间依次设有：

用于调整激光线偏振方向的电光调制器，激光分时地被调制为P光或S光；

用于对所述P光进行横向相位调制的0-2π涡旋相位板，所述P光形成投射到样品上的横向空心光斑；

用于对所述S光进行轴向相位调制的0/π相位板，所述S光形成投射到样品上的轴向空心光斑；

用于移动所述轴向空心光斑的轴向激发位置的电光晶体变焦透镜；

用于移动所述横向空心光斑的横向激发位置的电光偏转器；

用于收集所述待测样品发出的信号光的探测系统；

以及用于控制所述电光调制器和对探测系统采集信号进行处理的处理器。

5.如权利要求4所述的基于偏振调制空心光斑照明的三维亚十纳米定位装置，其特征在于，所述0-2π涡旋位相板，其横向相位调制原理在于调制函数其中，ρ为光束上某点与光轴的距离，为光束垂直光轴剖面内位置极坐标矢量与x轴的夹角。

6.如权利要求4所述的基于偏振调制空心光斑照明的三维亚十纳米定位装置，其特征在于，所述0/π相位板，其轴向相位调制原理在于相位阶跃函数其中r为光束上某点与光轴的距离，R为0到1之间的设定值。

7.如权利要求4所述的基于偏振调制空心光斑照明的三维亚十纳米定位装置，其特征在于，所述电光调制器的出射光路上布置有第一偏振分束器和第二偏振分束器；

所述的P光透过第一偏振分束器，被所述的0-2π涡旋相位板调制为横向空心光斑，再透过第二偏振分束器；

所述的S光被第一偏振分束器反射，并通过所述的电光晶体变焦透镜和0/π相位板被调制为轴向空心光斑，再由第二偏振分束器反射，与所述P光共轴。

8.如权利要求7所述的基于偏振调制空心光斑照明的三维亚十纳米定位装置，其特征在于，所述第二偏振分束器的出射光路上依次布置有第一1/2波片、1/4波片、第一望远系统、第一电光偏转器、第二望远系统、第二1/2波片、第二电光偏转器和第三望远系统。

9.如权利要求8所述的基于偏振调制空心光斑照明的三维亚十纳米定位装置，其特征在于，所述的第三望远系统与显微物镜间布置有用于将偏振相位调制后的两束激光进行光路偏转实现对样品选区扫描的压电偏摆镜。

10.如权利要求4所述的基于偏振调制空心光斑照明的三维亚十纳米定位装置，其特征在于，所述探测系统包括：

用于滤除荧光中的杂散光和部分激光的窄带滤波片；

用于将滤光后的荧光光束聚焦到探测器上的聚焦透镜；

用于对信号光束进行空间滤波的空间滤波器；

用于探测信号光束的光强信号的单光子计数器。