[发明专利]共聚焦扫描式暗场显微成像方法与装置

权利要求书

1.一种共聚焦扫描式暗场显微成像方法，其特征在于，该方法包括：

通过调制器将激光器发出的激光光束的相位调制成0-2nπ涡旋相位，其中n＞3；

将调制后的光束与共聚焦扫描显微镜的物镜入瞳共轭，使得物镜的聚焦光斑为空心光斑，且空心光斑内环半径大于不进行相位调制时的实心光斑半径；

使共聚焦扫描显微镜工作，实现暗场显微成像。

2.根据权利要求1所述的一种共聚焦扫描式暗场显微成像方法，其特征在于，调制相位的具体方法为：

将激光器发出的激光光束准直后用起偏器转为P分量的线偏光入射到液晶空间光调制器；

调节液晶空间光调制器出射平面与共聚焦扫描显微镜的物镜入瞳共轭；在液晶空间光调制器上加载0-2nπ涡旋相位。

3.根据权利要求2所述的一种共聚焦扫描式暗场显微成像方法，其特征在于，在起偏器后设置二分之一波片，激光光束通过起偏器后再通过一个二分之一波片转为P分量的线偏光，使液晶空间光调制器对该线偏光作纯相位调制；

所述P分量的线偏光入射液晶空间光调制器前使用一个D形镜转折光路，以减小入射角，改善液晶空间光调制器的性能。

4.根据权利要求2所述的一种共聚焦扫描式暗场显微成像方法，其特征在于，所述液晶空间光调制器使用泽尼克多项式校正像差，从而改善空心光斑的质量。

5.根据权利要求1所述的一种共聚焦扫描式暗场显微成像方法，其特征在于，在物镜前设置四分之一波片，将光束用四分之一波片转为圆偏光后入射到物镜，提高用于扫描样品的空心光斑质量。

6.根据权利要求1所述的一种共聚焦扫描式暗场显微成像方法，其特征在于，所述共聚焦扫描显微镜的工作过程具体为：

控制扫描机构使得空心光斑在样品表面扫描；所述扫描机构为扫描振镜或电控移动样品台；

样品的反射光经过透镜聚焦在与物共轭的小孔上，反射光被探测器接收，获得暗场照明下的光强度分布。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种共聚焦扫描式暗场显微成像方法，其特征在于，所述共聚焦扫描显微镜的点扩散函数PSF_c(x,y)等于由激光器和调制器构成的照明系统的点扩散函数PSF_e(x,y)和由扫描机构、管镜和物镜构成的成像系统的点扩散函数PSF_f(x,y)的乘积与小孔孔阑函数p(x,y)的卷积，公式如下：

对于涡旋光束照明的照明系统，照明系统的点扩散函数为空心光斑，且涡旋光阶数越高，空心光斑的内环半径越大；而成像系统的点扩散函数由物镜的孔阑决定，是实心光斑；对高于3阶的涡旋光照明，空心光斑内环半径大于实心光斑半径，两光斑相互错开，实现了暗场的照明条件。

8.一种共聚焦扫描式暗场显微成像装置，其特征在于，该装置包括激光器、调制器、4f系统和扫描成像模块；所述扫描成像模块包括扫描机构、管镜、物镜、透镜、小孔和探测器；

所述激光器发出的激光光束通过调制器将相位调制成0-2nπ涡旋相位，其中n＞3；

所述4f系统调节调制器的出射平面与物镜入瞳共轭，使得物镜的聚焦光斑为空心光斑，且空心光斑内环半径大于不进行相位调制时的实心光斑半径；

所述扫描机构使得空心光斑在样品表面扫描，样品的反射光经过透镜聚焦在与物共轭的小孔上，反射光被探测器接收，获得暗场照明下的光强度分布。

9.根据权利要求8所述的一种共聚焦扫描式暗场显微成像装置，其特征在于，所述调制器由起偏器和液晶空间光调制器组成；

所述激光器发出的激光光束准直后用起偏器转为P分量的线偏光入射到液晶空间光调制器；

所述4f系统调节液晶空间光调制器的出射平面与物镜入瞳共轭，所述液晶空间光调制器上加载0-2nπ涡旋相位。

10.根据权利要求8所述的一种共聚焦扫描式暗场显微成像装置，其特征在于，所述扫描机构前设置二分之一波片和偏振分束棱镜，通过二分之一波片将光束转为P光，P光完全透过偏振分束棱镜后作为扫描机构的入射光；在物镜前设置四分之一波片，通过四分之一波片将P光转为圆偏光后入射物镜，并将样品的反射光转为S光，反射光被偏振分束棱镜反射后聚焦在小孔上。