[发明专利]一种受激辐射损耗方法、超分辨成像方法及显微成像装置

权利要求书

1.一种受激辐射损耗方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)利用近红外激发光激发稀土掺杂上转换纳米材料产生上转换发光；所述稀土掺杂上转换纳米材料中的稀土离子按照功能不同分为敏化剂、激活剂；

(2)增加一束近红外损耗激光激励样品材料，这束近红外损耗激光通过引起受激辐射过程，将激活剂中涉及上转换过程的特定能级的电子强迫跃迁至低能级，并辐射光子，近红外损耗激光的波长与受激辐射上下能级的能量间隙匹配；

(3)上一步骤发生的受激辐射过程根据损耗路径的不同，会直接或间接地损耗发光能级粒子数，从而实现对发光能级发光的损耗；

所述稀土掺杂上转换纳米材料采用上转换NaYF₄：18％Yb³⁺/8％Tm³⁺，Yb³⁺作为敏化剂，Tm³⁺充当激活剂；980nm连续光激发下所发455nm蓝光被810nm连续光所损耗；

损耗光的加入使发光能级D₂粒子发生受激辐射，辐射光子的同时跃迁至低能级F₂；使能量传递上转换能级G₄粒子发生受激辐射，辐射光子的同时跃迁至低能级H₅；使能量传递上转换能级H₄粒子发生受激辐射，辐射光子的同时跃迁至低能级H₆；第一种情况直接损耗发光能级D₂粒子数，后两种情况间接损耗发光能级D₂粒子数，均使D₂能级粒子数急剧下降，从而达到损耗455nm蓝光的目的。

2.根据权利要求1所述的受激辐射损耗方法，其特征在于，步骤(2)中所述涉及上转换过程的特定能级包括激活剂中的发光能级、上转换过程中的中间亚稳态能级或能量转移上转换能级。

3.根据权利要求1所述的受激辐射损耗方法，其特征在于，步骤(1)中，所述稀土掺杂上转换纳米材料是一种在纳米晶体中掺杂稀土离子的复合型纳米材料，纳米晶体采用氟化物或者氧化物，以纳米晶体作为基质，在其中掺杂一种或多种镧系稀土元素离子；

步骤(1)中，所述稀土掺杂上转换纳米材料基于稀土离子丰富的实能级，其敏化剂通过基态吸收对近红外激发光进行吸收后，通过能量传递上转换、激发态吸收将能量传递给激活剂，再由激活剂通过上转换过程发射出紫外、可见或是近红外波段的光，即激发出上转换发光。

4.根据权利要求1所述的受激辐射损耗方法，其特征在于，所述敏化剂、激活剂的具体功能如下：

A：在第一激光器激发下，敏化剂吸收单个激发光的光子并将能量传递给激活剂；

B：激活剂吸收一个或多个敏化剂传递的能量后发生上转换过程并发射出上转换发光；

C：在第二激光器激励下，激活剂中一个或多个涉及上转换过程的特定能级的粒子数通过受激辐射过程被大量消耗，直接或间接地导致发光能级粒子数急剧下降，上转换发光得到损耗；

所述近红外激发光与近红外损耗激光的波长波段均位于760nm-2000nm之间。

5.一种基于权利要求1-4之一所述的受激辐射损耗方法的超分辨成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

在一路，第一激光器发出一束稳定的近红外波长激光，该激光经过准直扩束镜、小孔光阑滤波处理后，获得聚焦的高斯型实心光斑；

同时在另一路，第二激光器产生稳定的近红外波长激光，该激光经过准直扩束镜、小孔光阑滤波后，再经过空间相位调制板调制形成空心光束，获得受激辐射损耗光斑；第二激光器产生的近红外波长激光的波长能量与激活剂中受激辐射过程上下能级的能量间隙相匹配；

所述聚焦的高斯型实心光斑与所述受激辐射损耗光斑在空间上进行共轴耦合，聚焦的高斯型实心光斑激发稀土掺杂上转换纳米材料产生上转换发光，受激辐射损耗光斑通过引起受激辐射过程，使激活剂中一个或多个涉及上转换过程的特定能级的粒子大量损耗，发光能级粒子数因此急剧下降，实现对发光能级所产生发光的损耗；

收集稀土掺杂上转换纳米材料在上述双光束共轴耦合聚焦光斑作用下发出的光，利用光电探测器检测上述超分辨上转换发光信号，进行XYZ方向扫描，得到荧光成像图片。