[发明专利]基于波前整形的多模光纤超分辨成像装置及其光斑校正方法

说明书

本发明公开了一种基于波前整形的多模光纤超分辨成像装置及其光斑校正方法，属于超分辨显微领域，通过第一激光器产生的淬灭光与第二激光器产生的激发光射入多模光纤后，将多模光纤出射端的光斑成像到校正系统的相机上，不断变换空间光调制器上的调制信号，将相机采集到的光斑强度信息作为多模光纤模式相关校正方法的数据基础，以此修正空间光调制器的调制信号，在多模光纤出射端，生成艾里斑状激发光光斑及面包圈状的淬灭光光斑。通过将淬灭光和激发光移动扫描样品，在生物组织样本中不同深度的成像通过移动光纤来实现，克服了生物组织成像过程中由于散射带来的成像质量下降，兼具了高分辨率以及大成像深度，使得可以在生物医学方面得到广泛应用。

技术领域

本发明涉及超分辨显微领域，具体地说，涉及一种基于波前整形的多模光纤超分辨成像装置及其光斑校正方法。

背景技术

光学显微镜凭借其非接触、无损伤等优点，长期以来是生物医学研究的重要工具。但是，自1873年以来，人们一直认为，光学显微镜的分辨率极限约为200nm，无法用于清晰观察尺寸在200nm以内的生物结构。超分辨光学成像(Super-resolution OpticalMicroscopy)是本世纪光学显微成像领域最重大的突破，打破了光学显微镜的分辨率极限(换言之，超越了光学显微镜的分辨率极限，故被称为超分辨光学成像)，为生命科学研究提供了前所未有的工具。

近年来，随着生物领域的不断发展，科研工作者提出了对细胞中百纳米以下的结构进行实际观测的需求，这将有助于人们理解人类自身的生命活动，与此相关的显微成像技术变得尤为重要。

使用传统的扫描电镜、扫描隧道显微镜、原子力显微镜等具有超高分辨率的技术却难以对生物活体进行观测。与之相比，光学显微技术对生物样本的观测一直以损伤性低、特异性强等优点著称，是观测生物样本的有利手段。突破光学衍射极限的超分辨光学显微技术的出现，对生命科学具有革命性的推动作用。而众多超分辨方法之中，以1994年德国科学家S.W.Hell提出的受激发射损耗显微术的发展最为成熟，经过多方面的改造和发展已经成功应用在材料学、生物医学等众多领域。

但是，考虑到在生物学、医学的研究中，观测的样品多为组织结构，对光有很强的散射作用，随着成像深度的增加，生物样本引起的光学误差及散射将急剧增加，有用信号被严重削弱，导致突破衍射极限的分辨率难以维持。因此现有的超分辨显微系统无法兼具高的空间分辨率以及大的成像深度，限制了其在生物医学等方面的进一步应用。

光纤内镜是一种在医疗和工业上常用的成像器件，近年来快速发展的波前整形技术使得多模光纤型内镜迅速发展，其低侵入性的观测方式，可以很好的规避组织散射带来的成像影响，在深穿透成像中成为一种强有力的工具，有望和超分辨技术结合产生新一代显微工具。目前光纤内镜分辨率在数微米到数十微米量级，超越衍射极限的光纤内镜未见报道。

发明内容

本发明的目的为提供一种基于波前整形的多模光纤超分辨成像装置，解决现有STED超分辨成像系统中，存在的由于生物体散射导致的光斑变形，而给STED超分辨成像系统带来像差，降低其成像质量，限制了超分辨技术在生物医学中的进一步发展的问题。

本发明的另一目的为提供一种基于波前整形的多模光纤超分辨成像装置的光斑校正方法。