[发明专利]基于平顶照明的高时空分辨多路复用宽场拉曼成像系统及方法

权利要求书

1.基于平顶照明的高时空分辨多路复用宽场拉曼成像系统及方法，其特征在于：包括光源模块、激光调制模块、共聚焦激发模块、基于平顶照明的宽场激发模块、光谱模块、宽场成像模块和光谱与图像控制模块；

所述光源模块，用于提供不同波长的激光；

所述激光调制模块连接激光调制模块，用于实现激光线宽、功率、光束质量和光束大小的调制；

所述共聚焦激发模块连接激光调制模块，用于通过共聚焦方式激发样品产生拉曼散射；

所述基于平顶照明的宽场激发模块连接激光调制模块，用于以均匀强度分布的光束通过宽场方式激发样品产生拉曼散射；

所述光谱模块连接共聚焦激发模块，用于获得高信噪比的一维拉曼光谱；

所述宽场成像模块连接基于平顶照明的宽场激发模块，用于实现单波长或高光谱宽场拉曼成像以及多路复用的时空同步宽场拉曼成像；

所述光谱与图像控制模块连接光谱模块和宽场成像模块，用于控制所述光谱模块的光栅转换和探测器图像采集，以及用于控制所述宽场成像模块的波长选择与扫描、多通道探测器图像采集和同步触发。

2.如权利要求1所述的基于平顶照明的高时空分辨多路复用宽场拉曼成像系统及方法，其特征在于：所述光源模块包含不同波长的第一激光器和第二激光器，激光波长包括532nm、660nm。

3.如权利要求2所述的基于平顶照明的高时空分辨多路复用宽场拉曼成像系统及方法，其特征在于：所述激光调制模块包括依次设置在所述第一激光器后的第一激光线滤光片、第一反射镜和所述第二激光器后的第二激光线滤光片、二向色镜、可调偏振衰减器、空间滤波器、变倍变焦扩束器组件和第二反射镜。

4.如权利要求3所述的基于平顶照明的高时空分辨多路复用宽场拉曼成像系统及方法，其特征在于：所述可调偏振衰减器包括依次设置的旋转半波片、偏振分束立方体和光挡；所述旋转半波片包括可调旋转安装座、半波片；所述可调偏振衰减器用于连续改变入射线偏振激光的S偏振光和P偏振光的比例，S偏振光反射后通过所述光挡吸收，从而实现P偏振光的连续可调衰减。

5.如权利要求4所述的基于平顶照明的高时空分辨多路复用宽场拉曼成像系统及方法，其特征在于：所述空间滤波器用于改善激光光束质量和提高激光椭圆度，其包括依次设置的非球面透镜或物镜、精密针孔、第一透镜和可调光阑；所述可调光阑用于消除高级衍射；所述变倍变焦扩束器组件包括变倍变焦扩束器和可调光阑；变倍变焦扩束器用于调节激光光束大小和激光准直度；可调光阑用于进一步消除高级衍射。

6.如权利要求1所述的基于平顶照明的高时空分辨多路复用宽场拉曼成像系统及方法，其特征在于：所述共聚焦激发模块包括依次设置的第一翻转反射镜、第二透镜、第三透镜、第三反射镜、第二翻转反射镜、拉曼滤光片和物镜。

7.如权利要求1所述的基于平顶照明的高时空分辨多路复用宽场拉曼成像系统及方法，其特征在于：所述基于平顶照明的宽场激发模块包括依次设置的第四反射镜、光束整形器、第四透镜、第五透镜、第六透镜、拉曼滤光片和物镜；所述光束整形器用于将激光转换为平顶光束。

8.如权利要求1所述的基于平顶照明的高时空分辨多路复用宽场拉曼成像系统及方法，其特征在于：所述光谱模块包括依次设置的显微镜塔轮的反射镜档、第七透镜、第八透镜、可调狭缝、多光栅光谱仪和探测器；所述探测器为CCD相机。

9.如权利要求1所述的基于平顶照明的高时空分辨多路复用宽场拉曼成像系统及方法，其特征在于：所述宽场成像模块包括显微镜塔轮的空档、分束镜、第一宽场成像通道、第五反射镜、第二宽场成像通道；所述第一宽场成像通道包括依次放置的第一成像透镜、第一波长扫描装置、第一探测器；所述第二宽场成像通道包括依次放置的第二成像透镜、第二波长扫描装置、第二探测器；所述第一或第二波长扫描装置包括液晶可调谐滤光片和角度可调谐滤光片；所述第一或第二探测器包括EMCCD相机或sCMOS相机。

10.一种基于平顶照明的高时空分辨多路复用宽场拉曼成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)利用光源模块选择不同波长的激光器，激光波长包括532nm和660nm；

(2)利用可调偏振衰减器调节不同波长激光的功率；

(3)利用变倍变焦扩束器调节不同波长的激光直径；

(4)当使用共聚焦激发模块时，切入光路，通过适当调节变倍变焦扩束器使得激光光束直径能够完全填充物镜的通光孔径，用于产生最小聚焦光斑激发样品产生拉曼散射；

(5)当使用共聚焦激发模块获得拉曼散射信号后，切入光路，拉曼信号进入光谱模块获得高信噪比的一维拉曼光谱，用于确定拉曼光谱特征峰；

(6)当使用基于平顶照明的宽场激发模块时，切出光路，利用变倍变焦扩束器针对不同波长激光设置各自特定的激光光束直径，用于匹配光束整形器的光束整形要求并获得平顶光束，平顶光束聚焦到物镜后焦平面或后焦平面附近，通过物镜在样品平面上实现样品的大视场、均匀强度激发；

(7)当使用基于平顶照明的宽场激发模块获得拉曼散射信号后，切入光路，拉曼信号进入单个宽场成像通道快速获取特征峰图像或高光谱图像，用于实现单个特征峰的高通量、高时空分辨动态成像或全光谱范围的高光谱宽场成像；

(8)当使用基于平顶照明的宽场激发模块获得拉曼散射信号后，切入光路，拉曼信号同时进入两个宽场成像通道，用于实现多特征峰的时空同步动态成像比较与分析。