[发明专利]可实时反馈轴向光阱位置的光镊超分辨成像方法和系统

权利要求书

1.一种可实时反馈轴向光阱位置的光镊超分辨成像方法，所采用的系统，包括激光器（1）、压电驱动反射镜（2）、可调共轭镜组（3）、纳动促动器（4）、第一分光镜（5）、物镜（6）、第二分光镜（7）、成像透镜（8）、成像相机（9）、照明光源（10）、非中心对称式光阑（11）、反馈透镜（12）、反馈相机（14）、透明微球（15），非中心对称式光阑（11）、反馈透镜（12）、反馈相机（14）构成反馈模组，其中，

激光器（1）出射的平行激光射至压电驱动反射镜（2）的中心位置，由压电驱动反射镜（2）的自身旋转改变激光的传播方向，并控制其在物镜（6）下的水平聚焦位移；

压电驱动反射镜（2）的反射光通过可调共轭镜组（3）实现激光的扩束操作，并对压电驱动反射镜（2）的中心位置与物镜（6）的入瞳位置进行共轭，以使得激光在压电驱动反射镜（2）的旋转下射入物镜进行聚焦；

通过纳动促动器（4）调节可调共轭镜组（3）后共轭透镜的位移可实现激光发散、收拢角的调节，并控制其在物镜（6）下的纵向聚焦高度；

照明光源（10）经过第二分光镜（7）反射至第一分光镜（5），并由第一分光镜（5）将其的透射光与通过可调共轭镜组（3）的激光反射光进行耦合，耦合后的光线射入物镜（6）进行聚焦，聚焦后的激光形成光阱，用于捕获样品（16）表面的透明微球（15）；照明光通过透明微球用于超分辨成像；

第一分光镜（5）的透射激光经过非中心对称式光阑（11）、反馈透镜（12）后在反馈相机（14）上进行成像；当射入激光发散、收拢角度发生变化时，激光通过反馈透镜（12）后的聚焦位置将会发生变化，反馈相机（14）上的光斑成像同样产生相应的变化；非中心对称式光阑（11）垂直于光轴方向放置，其在反馈相机上的投影图像为非中心对称，用于区分激光的发散、收拢状态，且此时反馈透镜（12）的激光焦点位置与物镜（6）下的焦点位置线性相关；

从样品（16）表面反射的照明光经由透明微球（15）、物镜（6）、第一分光镜（5）、第二分光镜（7）、成像透镜（8）后射入成像相机（9）进行超分辨成像；

光镊超分辨成像方法，包括下面的步骤：

步骤1：对光镊超分辨成像系统进行标定，标定过程中，调节压电驱动反射镜至中心位置，此时激光将透射、投射至所有透镜、分光镜、物镜及相机器件的中心处，以保证系统工作时的最大自由度；通过纳动促动器调节可调共轭镜组使出射激光的发散、收拢角为0°，即出射激光为平行光；此时，调节反馈相机于反馈透镜的焦点位置，调节成像相机于成像透镜的焦点位置；

步骤2：对激光光路进行调节的同时，对照明光源的光路进行调节，照明光通过第二分光镜反射至第一分光镜，并在第一分光镜处与激光反射光进行耦合，射入物镜；取标准样品对系统进行标定，将照明光源、反馈相机以及成像相机调节至成像状态；此标定过后的状态设为系统的初始状态；

步骤3：将标准样品替换为带有透明微球的样品，并使用激光对透明微球进行捕获，捕获透明微球后先行调节样品的高度，待样品能够清晰成像后，通过纳动促动器调节可调共轭镜组控制透明微球的纵向高度，实现更精细的成像调节；此时，透明微球被视为仅受光阱力作用，即光阱的位置视为微球的纵向位置通过反馈相机推算出物镜下的光阱位置，实现间接式轴向位置反馈；

步骤4：通过对压电驱动反射镜进行旋转，控制物镜下光阱位置的水平位移，此时光阱的纵向位置并不会发生改变，通过控制透明微球在样品表面进行相对移动，进行图像的扫描与拼接，实现超分辨成像；物镜下的轴向光阱位置由反馈模组进行实时反馈，激光的发散、收拢角度，即光阱的上升、下降位移由激光在反馈相机的投影面积演算而得；激光的发散、收拢状态则由非中心对称式光阑的投影方向进行区分。

2.根据权利要求1所述的光镊超分辨成像方法，其特征在于，激光器为1064nm波长连续波输出的光纤耦合固态激光器。

3.根据权利要求1所述的光镊超分辨成像方法，其特征在于，第一分光镜、第二分光镜与光线传输方向成45°夹角。

4.根据权利要求1所述的光镊超分辨成像方法，其特征在于，所述的透明微球尺寸为5~20μm。