[发明专利]一种改善表面等离子体共振全息显微术像质的方法

权利要求书

1.一种改善表面等离子体共振全息显微术像质的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：调整光路，使一束准直激光束垂直入射到反射式空间光调制器靶面并被其完全调制，在空间光调制器上加载合适的正弦光栅结构调制，使反射光波产生多个衍射级次，然后利用会聚透镜将各衍射光束进行会聚，经过偏振片调制光束的偏振态，并利用分束镜将光反射到显微物镜的后焦平面上，利用双孔滤波器滤出±1级衍射光，之后该两束衍射光进入物镜并以相同的激发角θ入射到样品的下表面；

步骤2：经样品调制和显微物镜收集的两束反射光E₁和E₂分别被渥拉斯顿棱镜分成偏振态正交的两束物光E_O1,E_O2,和参考光E_R1和E_R2，再经过透光轴为45度的偏振片进行检偏后，四束光波以不同的空间载频发生离轴干涉，形成全息图并由图像采集器件记录；

步骤3：在未放置样品前，记录一幅全息图作为背景全息图；放置样品后再次记录全息图。对两幅全息图分别作离散傅里叶变换得到其频谱图；对于强度成像，在频域选择两束物光彼此干涉的频谱，通过彼此干涉可以使样品位置处信号增强而拖尾相应的被抑制，然后利用卷积法进行数值重建，得到信噪比增强的强度图像；对于相位成像，在频域分别选择两束物参光彼此干涉的频谱进行数值重建，得到单束光波激发表面等离子共振下的相位图像，将两幅相位图像进行加权滤波合成，得到信噪比增强的相位图像；

所述步骤1包含以下步骤：

(1)由激光器输出的激光束经光学元件获得扩束准直后变为线偏振光束，然后透过分束镜垂直入射到反射式空间光调制器靶面；

(2)在空间光调制器上加载光栅结构使反射光产生多束衍射光波，衍射光波依次经过分束镜反射，半波片调制为45度线偏振，然后经过会聚透镜和分束镜聚焦到显微物镜后焦平面，在显微物镜后焦平面附近放置一个双孔滤波器以滤出聚焦的±1级衍射光波，此两束衍射光波相对于物镜中心轴对称入射到显微物镜，从显微物镜出射的光束近似为平行光，并对称地入射到金层表面，以相同的入射角激发表面等离子体共振，其中入射角θ可以通过空间光调制器上加载的光栅周期定量确定，其关系如下，dsinθ₀＝±jλ,j＝0,1,2,...,d为光栅常数，θ₀为各衍射级次与零级衍射的夹角，λ为激光波长，θ＝arcsin(f₁sinθ₀/f_M),f₁和f_M分别为会聚透镜和显微物镜的焦距；

所述步骤2包含以下步骤：

(1)经样品反射的光束E₁和E₂分别包含携带样品信息的p分量和不携带样品信息的s分量，经显微物镜收集并沿着与入射方向对称的方向出射，依次透过滤波器和分束镜后，再经成像透镜准直并在图像采集器件靶面上重合；

(2)在图像采集器件前加入一个渥拉斯顿棱镜，使两束倾斜入射的准直光E₁和E₂分别沿着与入射面正交的方向分为p偏振光和s偏振光，再利用透光轴沿45度方向的检偏器对四束光波进行检偏，得到偏振态相同、空间载频不同的两束物光E_O1,E_O2,和两束参考光E_R1和E_R2；

(3)四束光E_O1,E_O2,E_R1和E_R2在图像采集器件靶面相互干涉形成一幅复合全息图；

所述步骤3包含以下步骤：

(1)根据步骤2分别记录无样品时的背景全息图I₀，然后记录有样品时的全息图I，其中

I₀(x,y)＝|E_O10(x,y)+E_R10(x,y)+E_O20(x,y)+E_R20(x,y)|²；

I(x,y)＝|E_O1(x,y)+E_R1(x,y)+E_O2(x,y)+E_R2(x,y)|²

(2)对两幅数字全息图分别进行离散傅里叶变换得到其频谱图，由于载频不同，四束光波两两干涉的频谱分别位于不同位置，可以通过选频操作将其分开；在频域选择E_O1和E_O2干涉产生的频谱分量，并进行数值重建，得到信噪比显著增强的强度图像

(3)进一步，通过选择E_O1和E_R2，E_O2和E_R1分别干涉的频谱分量并进行数值重建和二次曝光，得到单束光波照明下的物光波复振幅分布E_O1和E_O2；对获得的复振幅进行如下运算，获得对应的相位分布和

(4)对于重建得到的相位分布图像和利用加权平均滤波算法进行图像合成，其中加权平均滤波算法公式如下所示：

其中表示取相位梯度的模值；至此，得到了像质改善后的相位分布图像