[发明专利]基于多偏振与照明模式的超分辨显微成像方法与装置

权利要求书

1.一种基于多偏振与照明模式的超分辨显微成像方法，其特征在于，包括：

将激光器发出的光束准直后用起偏器转为线偏光，入射到第一偏振调制器上调制偏振方向；

被调制的光束被偏振分束器分成x方向与y方向的线偏光；y方向的线偏光被涡旋半波片转为径向偏振光，再通过环形光阑；x方向的线偏光入射到第二偏振调制器上调制偏振方向，被调制的光束被涡旋相位板转为涡旋光束；

两束光由分束器合束，进入共聚焦显微镜中；光束被大数值孔径的物镜聚焦在样品上，反射或散射的光子经过检偏器，被透镜聚焦在与样品共轭的小孔上，被探测器接收；控制扫描机构使光斑在样品表面扫描，得到显微图像；

调整第一偏振调制器和第二偏振调制器的输入，得到不同偏振与照明模式下的显微图像，由后处理算法得到超分辨显微图像。

2.根据权利要求1所述的一种基于多偏振与照明模式的超分辨显微成像方法，其特征在于，偏振调制的原理如下：经偏振分束器分开的两束光的强度比取决于第一偏振调制器的输入；其中，y方向的线偏光经过涡旋半波片与环形光阑后，光束经过大数值孔径物镜形成的聚焦光斑其偏振以z方向为主；x方向的线偏光经过第二偏振调制器后具有x与y方向两种偏振分量，两种偏振分量的强度比取决于第二偏振调制器的输入，两个方向的偏振光经过大数值孔径物镜形成的聚焦光斑其偏振分别以x和y方向为主；因此，调整第一偏振调制器与第二偏振调制器的输入，得到不同偏振方向的聚焦光斑。

3.根据权利要求1所述的一种基于多偏振与照明模式的超分辨显微成像方法，其特征在于，偏振调制器的工作流程如下：对第一偏振调制器与第二偏振调制器输入周期电压信号，在一个周期内光束的偏振态由x偏振先逐渐转化为y偏振，再由y偏振逐渐转化为x偏振，其中第二偏振调制器的重复频率远高于第一偏振调制器的重复频率；同时探测器采集光强，每当第一偏振调制器的电压经过一个周期，得到一个对应空间位置的多偏振与照明模式下的强度，扫描机构将光束聚焦在下一个空间位置，进行下一个空间位置的信号采集；当所有空间位置的信号采集完成后，得到多偏振与照明模式的图像。

4.根据权利要求1所述的一种基于多偏振与照明模式的超分辨显微成像方法，其特征在于，照明模式变换的原理如下：经偏振分束器分开的两束光的强度比取决于第一偏振调制器的输入；其中，y方向的线偏光经过涡旋半波片与环形光阑后，光束经过大数值孔径物镜形成的聚焦光斑是一个实心光斑；x方向的线偏光经过第二偏振调制器后具有x与y方向两种偏振分量，x方向的偏振光经过涡旋相位板，光束经过大数值孔径物镜形成的聚焦光斑是一个椭圆空心光斑，椭圆的长轴沿x方向；y方向的偏振光经过涡旋相位板，光束经过大数值孔径物镜形成的聚焦光斑是一个椭圆空心光斑，椭圆的长轴沿y方向；因此，调整第一偏振调制器与第二偏振调制器的输入，能够实现照明模式的变换。

5.根据权利要求1所述的一种基于多偏振与照明模式的超分辨显微成像方法，其特征在于，调整所述涡旋半波片的取向使y方向的线偏光转为径向偏振光。

6.一种基于多偏振与照明模式的超分辨显微成像装置，其特征在于，该装置包括激光器、偏振片、两台偏振调制器、偏振分束器、涡旋半波片、环形光阑、涡旋相位板、分束器和扫描成像模块；所述扫描成像模块包括扫描机构、管镜、大数值孔径物镜、透镜、小孔和探测器；

所述激光器发出的光束准直后用所述偏振片转为线偏光，入射到第一偏振调制器上调制偏振方向；

被调制的光束被所述偏振分束器分成x方向与y方向的线偏光；y方向的线偏光依次经过所述涡旋半波片和环形光阑；x方向的线偏光依次经过第二偏振调制器和涡旋相位板；两束光由分束器合束，进入扫描成像模块；

所述扫描机构使经过管镜和大数值孔径物镜形成的聚焦光斑在样品表面扫描；样品表面的反射光与散射光经过所述透镜聚焦在与样品共轭的小孔上，被所述探测器接收，得到显微图像；

调整第一偏振调制器和第二偏振调制器的输入，得到不同偏振与照明模式下的显微图像。

7.根据权利要求6所述的一种基于多偏振与照明模式的超分辨显微成像装置，其特征在于，在光束入射到第一偏振调制器前使用一个D形镜转折光路。