[发明专利]共聚焦扫描式暗场显微成像方法与装置

说明书

本发明公开了一种共聚焦扫描式暗场显微成像方法与装置，该方法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。本发明采用共聚焦设计，在探测器前放置一个小孔，小孔所在平面与物面共轭，阻挡了离焦信号进入探测器，这种设计提高了成像的信噪比和分辨率，使暗场显微成像具有良好的层析能力。

技术领域

本发明涉及光学显微成像领域，具体地说，涉及一种共聚焦扫描式暗场显微成像方法与装置。

背景技术

暗场显微镜是一种基于光学丁达尔效应的显微技术。照明光通过装载环形光阑的聚光镜，形成中空环形光锥。因为物镜的数值孔径小于聚光镜的数值孔径，样品的透射光无法通过物镜，只有小角度的散射光被物镜收集。由此形成了暗视野下亮物体的像，提高了成像对比度。在生命科学领域，暗场显微镜用于观察未染色的透明样品；在化学、材料科学领域，使用光谱仪分析暗场显微镜收集的散射光研究材料的散射光谱。

发明内容

本发明提供了一种共聚焦扫描式暗场显微成像方法与装置，本发明与传统的宽场暗场显微镜相比，共聚焦式的设计具有低背景噪声、优秀的层析能力等特点。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明一方面提供了一种共聚焦扫描式暗场显微成像方法，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。

进一步地，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；当外加电场超过阈值时，液晶分子出现电控双折射效应，因此，液晶空间光调制器只调制一个方向的线偏光；

调节液晶空间光调制器出射平面与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。

进一步地，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偏振光作纯相位调制。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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；

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。

进一步地，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：