[发明专利]金纳米阵列多光谱偏振参数成像装置及方法

说明书

本发明提出了一种金纳米阵列多光谱偏振参数成像装置及方法。所述方法为：光源通过滤波器以及起偏器变为单色线偏振光，再经过分束镜与物镜对待检测样品进行照明，样品反射的光经物镜、分束器、波片、检偏器后进入相机，在此过程中计算机驱动电机驱动器控制微型电机转动、选择滤波器的透过波长以及控制相机采集图像。微型电机控制起偏器进行周期性转动，每转动固定角度相机进行一次采图，将带有不同偏振信息的图输入计算机进行处理，获得单波长偏振参数图像，再通过调节滤波器来改变入射光波长，进而得到金纳米阵列的多光谱偏振参数图像。本发明具有效率高、成本低、分辨率高、能实现多维表征等优点。

技术领域

本发明属于纳米结构光学成像领域，具体为一种金纳米阵列多光谱偏振参数成像装置及方法。

背景技术

金纳米阵列结构具有独特的局域表面等离子共振效应，被广泛应用于生物医学领域，由于尺寸较小，其形貌通常采用扫描电子显微镜或近场扫描显微镜等来表征，然而这些方法在设备成本、操作难度和成像速度上仍存在缺陷。此外，金纳米阵列的散射光场具有偏振以及光谱依赖性，在成像中充分利用这些特性能够实现金纳米阵列的多维表征。

发明内容

本发明的目的在于提出一种金纳米阵列多光谱偏振参数成像装置，以实现对金纳米阵列多维、高分辨率、低成本、快速的表征。

实现本发明目的的技术方案为:一种金纳米阵列多光谱偏振参数成像装置，包括光源、滤波器、起偏器、微型电机、电机驱动器、分束镜、物镜、波片、检偏器、相机以及计算机，所述起偏器在微型电机控制下旋转,电机驱动器、滤波器以及相机均与计算机连接，在计算机控制下工作；光源通过滤波器滤波以及起偏器调节偏振态后,经过分束镜与物镜对待检测样品进行照明，样品反射的光依次经过物镜、分束镜、波片以及检偏器后在相机上成像，通过旋转起偏器，获得像面各点在不同偏振角度下的散射信息，由计算机计算得到单波长偏振参数图谱；通过控制滤波器调节透过波长，获得不同入射波长下的散射信息，进而得到多光谱偏振参数图像。

优选地，所述滤波器采用可调谐滤波器，光谱调制范围为可见光波段，波长的调节精度为1nm。

优选地，所述微型电机采用伺服电机，伺服电机控制速度在0-20°/s范围内变动,位置精度至少为0.02°。

优选地，所述起偏器与检偏器均可透过可见光波段的光。

优选地，所述波片采用1/4波片，为可见光波段的消色差波片。

优选地，所述波片的快轴方向与检偏器的线偏振方向夹角为45°。

一种金纳米阵列多光谱偏振参数成像方法，步骤如下:

步骤1、将金纳米阵列芯片作为待检测样品8；

步骤2、打开光源1对金纳米阵列芯片进行照明，利用相机11获得一幅光强图，作为原始图像输入计算机12；

步骤3、通过电机驱动器5驱动微型电机4，控制起偏器3进行周期性的转动，利用相机11采集图像，获得多幅光强图并输入计算机12；

步骤4、计算机12根据输入的光强图计算出图像中每个像素点处的相位差和方位角；

进一步地，步骤4所述相位差sinδ以及方位角φ通过Mueller矩阵推导得出，所采用的具体公式为:

其中，α_i为照射到样品的入射光的偏振方向；I_i为偏振角度为α_i时相机每一个像素上探测到的光强；N为旋转的偏振角度的总个数。

步骤5、利用步骤4所得相位差以及方位角的值分别形成灰度图像，所述灰度图像中每点的灰度值代表相位差或方位角的大小，对不同颜色进行赋值形成假彩色图像，调整成像的对比度获得阵列的相位差图像以及方位角图像；