[发明专利]双光子显微成像系统

说明书

本发明提供了一种双光子显微成像系统，所述双光子显微成像系统包括激光器、二次谐波产生装置及双光子显微成像装置，所述二次谐波产生装置位于所述激光器与所述双光子显微成像装置之间；所述二次谐波产生装置用于对所述激光器发出的激光的频率进行倍增，所述二次谐波产生装置包括依次设置于所述激光器的出射光路上的相位延迟片、非线性介质。本发明通过非线性介质对所述激光器发出的激光的频率进行倍增，大大简化了整个系统的结构、降低了整个系统的成本，且非线性介质受环境干扰较小，从而提升了整个系统的稳定性。此外，本发明不需要采用结构复杂且价格昂贵的锁模钛蓝宝石激光器作为泵浦光源，进一步降低了成本。

技术领域

本发明涉及光学显微成像技术领域，尤其涉及一种双光子显微成像系统。

背景技术

双光子荧光显微成像技术利用非线性激发原理，将有效激发体积限制在物镜焦点，因而极大提高了普通单光子荧光光学显微镜的成像分辨率，具有优秀的三维扫描层析能力。双光子显微成像技术对散射生物样品具有亚细胞的分辨率，在生物活体组织荧光成像领域，尤其是脑、皮肤等高散射组织的体成像中，已成为一种必不可少的成像工具。

常用的双光子显微镜通过使用锁模钛蓝宝石激光器作为激发光源，发射波长为650nm～1050nm，这些激光器结构复杂、价格昂贵，且钛蓝宝石的增益最大值在800nm处，当接近680nm时增益曲线快速下降，从而限制了低于680nm处可获得的功率。然而在一些生物应用领域只有短波长光源才能激发出荧光信号，例如：红细胞无标记荧光成像领域，且短波长光源相对于长波长光源具有更高的荧光激发效率。现有的采用680nm以下激发光源的双光子显微镜通过以下两种方式实现：一种是通过将钛蓝宝石发射的红色激光导入一段特殊设计的光子晶体光纤中，使其波长由于非线性效应发生频率上转换；另一种是通过将单一中心波长在1000nm左右的近红外飞秒光纤激光器发射的长波长激光导入光参量振荡器(OPO)中，实现飞秒激光波长的转换。利用光子晶体光纤或光参量振荡技术均具有较高的理论门槛，实施起来比较困难。另外，非线性光纤技术仍然需要钛蓝宝石这样复杂且昂贵的激光器作为泵浦光源，且光子晶体光纤对环境条件(如温度、泵浦功率等)比较敏感；光参量振荡技术虽然可以采用性价比较高的光纤飞秒激光器作为原始光源，但是光参量振荡器结构比较复杂，调节也比较麻烦。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种双光子显微成像系统，能够简化结构、降低成本、提升整个系统的稳定性。

本发明提出的具体技术方案为：提供一种双光子显微成像系统，所述双光子显微成像系统包括激光器、二次谐波产生装置及双光子显微成像装置，所述二次谐波产生装置位于所述激光器与所述双光子显微成像装置之间；所述二次谐波产生装置用于对所述激光器发出的激光的频率进行倍增，所述二次谐波产生装置包括依次设置于所述激光器的出射光路上的相位延迟片、非线性介质。

进一步地，所述非线性介质的材质为三硼酸锂晶体、偏硼酸钡晶体、磷酸钛氧钾晶体中的一种，和/或所述非线性介质的厚度为0.5mm～5mm。

进一步地，所述二次谐波产生装置还包括第一聚焦透镜和第一准直透镜，所述第一聚焦透镜设置于所述相位延迟片与所述非线性介质之间，所述第一准直透镜设置于所述非线性介质与所述反射器之间；所述第一聚焦透镜的后焦平面与所述第一准直透镜的前焦平面重合，所述非线性介质位于所述第一聚焦透镜的后焦平面上。

进一步地，所述双光子显微成像装置包括反射器、分光器、显微成像结构、载物台、双光子荧光激发检测结构及处理器，所述反射器位于所述激光器的出射光路上，所述分光器位于所述反射器的反射光路上，所述显微成像结构、载物台依次设置于所述分光器的透射光路上，所述双光子荧光激发检测结构设置于所述分光器的反射光路上，或者所述显微成像结构、载物台依次设置于所述分光器的反射光路上，所述双光子荧光激发检测结构设置于所述分光器的透射光路上，所述处理器与所述双光子荧光激发检测结构连接。