[发明专利]基于超长无衍射光的大深度荧光显微成像系统及成像方法

说明书

本发明公开了基于超长无衍射光的大深度荧光显微成像系统及成像方法，系统包括信号采集装置及成像处理终端，信号采集装置包括：飞秒激光器、单模保偏光纤、半波片、空间光调制器、扫描阵镜、物镜、双色镜、三维移动平台及光电倍增管。上述的成像系统，通过飞秒激光器产生飞秒脉冲型激发光经单模保偏光纤进行整形得到标准高斯光，经半波片调整得到线偏振高斯光后经空间光调制器调制得到艾里光，对艾里光进行同步扫描后聚焦照射样品以激发产生荧光信号，收集荧光信号进行放大后处理得到荧光图像；利用艾里光具有较大穿透深度和宽度的特点以显著扩展对生物组织进行轴成像的范围，能够得到清晰的成像图像及深层结构，极大提高了成像速度。

技术领域

本发明涉及光学显微成像的技术领域，尤其涉及一种基于超长无衍射光的大深度荧光显微成像系统及成像方法。

背景技术

衍射是光的一个基本特性，它几乎可被用来解释所有经典的波动现象。由于衍射的存在，光束在传播过程中光斑逐渐变大，能量逐渐发散，是在生物组织成像时造成成像深度有限和分辨率低的重要原因之一。因此在激光器问世之后，人们就开始考虑如何消除或抵消衍射现象以增加对生物组织进行成像时的成像深度及成像分辨率。

在非线性介质中，科研人员通过采用介质的自聚焦非线性实现对光束衍射的抑制，这种方法早已经在实验上得到验证。但是人们更希望能够在自由空间实现无衍射光束，这种需求也使得无衍射光束成为历年来研究领域的一个重要课题。基于无衍射光束的光学成像技术能够实现对生物组织成像，然而，现有的光学成像技术通常是基于高斯光束这种成像技术在对生物组织进行成像时存在穿透深度及穿透宽度较小的问题，导致图像分辨率受到影响，最终得到的图像清晰度较差，且无法获取生物组织的深层结构。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于超长无衍射光的大深度荧光显微成像系统及成像方法，旨在解决现有技术方法中所存在的对生物组织进行成像时图像清晰度较差且无法获取深层结构的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于超长无衍射光的大深度荧光显微成像系统，其中，所述系统包括信号采集装置及成像处理终端，所述信号采集装置包括：飞秒激光器、单模保偏光纤、半波片、空间光调制器、扫描阵镜、物镜、双色镜、三维移动平台及光电倍增管；所述单模保偏光纤的一端连接所述飞秒激光器，所述单模保偏光纤与所述空间光调制器之间的第一光路中设有所述半波片，所述空间光调制器与所述双色镜之间的第二光路中设有所述扫描阵镜，所述物镜设置于所述双色镜前端，所述三维移动平台设置于所述物镜前端，样品放置于所述三维移动平台的上端面，所述双色镜一侧设有光电倍增管；所述飞秒激光器用于产生飞秒脉冲型激发光；所述单模保偏光纤用于对所述飞秒脉冲型激发光进行整形以得到标准高斯光后经所述第一光路传输至所述半波片；所述半波片用于对经所述第一光路传输的标准高斯光的偏振方向进行调整，并将调整后得到的线偏振高斯光传输至所述空间光调制器；所述空间光调制器用于对所述线偏振高斯光进行调制，并将调制得到的艾里光经所述第二光路传输至所述扫描阵镜进行同步扫描后传输至所述双色镜；所述双色镜用于对同步扫描后得到的激发光进行透射传输至所述物镜，并对来自物镜的荧光信号进行反射；所述物镜用于对所述激发光进行聚焦照射所述样品同时收集所述样品所反射的荧光信号；所述三维移动平台用于驱动所述样品进行三维移动；所述光电倍增管用于对所述双色镜反射的荧光信号进行放大处理得到荧光放大信号；所述光电倍增管与所述成像处理终端进行电连接以输出荧光放大信号至所述成像处理终端，所述成像处理终端用于对所述荧光放大信号进行处理得到荧光图像。

所述的基于超长无衍射光的大深度荧光显微成像系统，其中，所述空间光调制器上安装有第一掩膜板、第二掩膜板或第三掩膜板；所述空间光调制器上安装不同掩膜板以调制得到不同级的艾里光。

所述的基于超长无衍射光的大深度荧光显微成像系统，其中，所述双色镜与所述光电倍增管之间的第三光路中还设有滤镜；所述滤镜用于对所述双色镜反射的荧光信号进行滤波。

所述的基于超长无衍射光的大深度荧光显微成像系统，其中，所述第一光路还中依次设置有第一透镜、第二透镜及第三透镜，所述半波片设置于所述第三透镜的下游。