CN108132543B

CN108132543B - 超分辨成像系统

Info

Publication number: CN108132543B
Application number: CN201711410961.XA
Authority: CN
Inventors: 严伟; 屈军乐; 王璐玮; 叶彤
Original assignee: Shenzhen University
Current assignee: Shenzhen University
Priority date: 2017-12-23
Filing date: 2017-12-23
Publication date: 2020-06-12
Anticipated expiration: 2037-12-23
Also published as: CN108132543A

Abstract

本发明公开了一种超分辨成像系统，包括飞秒激光器、皮秒激光器、第一数据采集卡、第二数据采集卡、空间光调制器等，飞秒激光器产生的耗散光与皮秒激光器产生的激发光射入样本后，会产生荧光信号，第二数据采集卡将荧光信号转换为电压信息，该电压信息作为遗传算法中的适应度值，根据遗传算法对电压信息进行计算，得到一个最大电压绝对值，并将与最大电压绝对值对应的相位图作为相位补偿图，通过将相位补偿图叠加到耗散光上，对耗散光进行像差校正，克服STED成像过程中引入的像差，提高STED超分辨成像系统的成像深度和空间分辨率，使得可以在物医学等方面得到广泛应用。

Description

超分辨成像系统

技术领域

本发明涉及光学显微成像领域，尤其涉及一种超分辨成像系统。

背景技术

在光学系统中，如果从物点发出的所有光线经过受激发射损耗(synchronoustransition equivalent decomposition，STED)超分辨成像系统都聚焦于一点，则称此点为物点的完善像，如果物点在垂直平面上移动时，其完善像也在垂直平面上作线性运动，此STED超分辨成像系统是理想的STED超分辨成像系统。但是，STED超分辨成像系统中通常包含许多光学原件，如包含许多透镜、玻片、二向色镜和反射镜等光学原件，而且人工搭建的STED超分辨成像系统无法做到对光线的精准控制，同时生物样品存在表面不平整性和内部折射率分布的非均匀性特点，这些因素都会给STED超分辨成像系统带来像差，降低STED超分辨成像系统的成像深度和空间分辨率，影响成像质量，限制了其在生物医学等方面的应用。

因此，现有的STED超分辨成像系统，存在着由于包含许多光学原件、生物样品存在表面不平整性及内部折射率分布的非均匀性特点等因素，会给STED超分辨成像系统带来像差，降低STED超分辨成像系统的成像深度和空间分辨率，影响成像质量，限制了其在生物医学等方面的应用的技术问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种超分辨成像系统，旨在解决现有的STED超分辨成像系统，存在的由于包含许多光学原件、生物样品存在表面不平整性及内部折射率分布的非均匀性特点等因素，会给STED超分辨成像系统带来像差，降低STED超分辨成像系统的成像深度和空间分辨率，影响成像质量，限制了其在生物医学等方面的应用的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种超分辨成像系统，所述系统包括：飞秒激光器，用于产生耗散光，并入射至第一光调制装置；

所述第一光调制装置，设置在所述飞秒激光器的出射光路上，用于调制所述耗散光的偏振特性及强度；

玻璃棒，设置在所述第一光调制装置的出射光路上，用于对经过调制后的耗散光进行脉冲宽度展宽处理，使得所述耗散光的脉冲宽度为1皮秒；

第一透镜组，设置在所述玻璃棒的出射光路上，用于对脉冲宽度为1皮秒的耗散光的光斑直径进行扩大处理；

第一透镜，设置在所述第一透镜组的出射光路上，用于将光斑直径扩大的耗散光聚焦耦合至100米单模保偏光纤；

所述100米单模保偏光纤，设置在所述第一透镜的出射光路上，用于将脉冲宽度为1皮秒的耗散光的脉冲宽度展宽至200皮秒；

第二透镜，设置在所述100米单模保偏光纤的出射光路上，用于对脉冲宽度为200皮秒的耗散光的光斑直径进行扩大处理，并入射至第二光调制装置；

所述第二光调制装置，设置在所述第二透镜的出射光路上，用于调制所述耗散光的偏振特性及强度；

所述空间光调制器，设置在所述第二光调制装置的出射光路上，将从所述第二光调制装置射出的耗散光反射至第二透镜组；

所述第二透镜组，用于对射入的耗散光的光斑直径进行缩小处理，并将光斑直径进行缩小处理的耗散光射入振镜扫描系统；

皮秒激光器，用于产生激发光，并入射至第一单模光纤；

所述第一单模光纤，设置在所述皮秒激光器的出射光路上，用于对射入的激发光进行模式调控；

第三透镜，设置在所述第一单模光纤的出射光路上，用于对进行模式调控后的激发光的光斑直径进行扩大处理，并入射至第三光调制装置；

所述第三光调制装置，用于调制所述激发光的偏振特性及强度；

角反射器，设置在所述第三光调制装置的出射光路上，用于改变所述激发光所在的光路的光程，在时间上控制所述激发光及所述耗散光之间的脉冲间隔，并将所述激发光射入所述振镜扫描系统；

所述振镜扫描系统，用于对重叠的激发光及耗散光进行同步面阵扫描；

四分之一玻片，用于对经过所述振镜扫描系统扫描后的激发光及耗散光进行偏振处理，将所述激发光及所述耗散光由线偏振光调制成圆偏振光；

高数值孔径物镜，用于聚焦重叠的激发光及耗散光，将聚焦后的重叠的激发光及耗散光投射到样品上，同时收集所述样品反射回来的荧光信号；

滤镜，用于对所述荧光信号进行过滤，将预设波段的荧光信号射入第二单模光纤，并过滤掉所述预设波段以外的荧光信号；

第二单模光纤，用于将经过所述滤镜过滤后得到的荧光信号传输给光电倍增管；

所述光电倍增管，用于将经过所述滤镜过滤后得到的荧光信号进行放大；

第一数据采集卡，用于采集和分析所述光电倍增管收集到的荧光信号；

第二数据采集卡，用于将所述光电倍增管收集到的荧光信号转换为电压信息，所述电压信息作为遗传算法中的适应度值，根据遗传算法对所述电压信息进行计算，得到一个最大电压绝对值，并将与最大电压绝对值对应的相位图作为相位补偿图；

所述空间光调制器用于将所述相位补偿图叠加到所述耗散光上，对所述耗散光进行像差校正；还用于在所述空间光调制器的液晶面上加载所述耗散光的螺旋相位信息，将所述耗散光由高斯型光转化成环形光。

可选的，所述皮秒激光器通过外接线与所述飞秒激光器相连接，所述皮秒激光器由所述飞秒激光器触发输出所述激发光。

可选的，所述第一光调制装置包括第一半波片及第一格兰激光棱镜，所述第二光调制装置包括第二半波片及第二格兰激光棱镜，所述第三光调制装置包括第三半波片及第三格兰激光棱镜；

所述第一半波片，设置在所述飞秒激光器的出射光路上，用于调制从所述飞秒激光器射出的耗散光的偏振特性；

所述第一格兰激光棱镜，设置在所述第一半波片的出射光路上，用于对调制后的耗散光的强度进行调整；

所述第二半波片，用于调制从所述第二透镜射出的耗散光的偏振特性；

所述第二格兰激光棱镜，设置在所述第二半波片的出射光路上，用于对射入的调制后的耗散光的强度进行调整；

所述第三半波片，用于调制从所述第一单模光纤射出的激发光的偏振特性；

所述第三格兰激光棱镜，设置在所述第三半波片的出射光路上，用于对射入的调制后的激发光的强度进行调整。

可选的，所述高数值孔径物镜的放大倍率为100倍，数值孔径为1.4。

可选的，所述系统还包括：分束器及电荷耦合元件；

所述分束器，用于将所述高数值孔径物镜收集并射出的荧光信号分成两部分，一部分反射后进入所述电荷耦合元件，另一部分透射进入所述滤镜；

所述电荷耦合元件，用于实时监测射入的荧光信号中的耗散光的光斑和激发光的光斑的重叠情况。

可选的，所述系统还包括：第一二向色镜及第二二向色镜；

所述第一二向色镜，用于透射从所述第二透镜组射出的耗散光，并并反射所述荧光信号；

所述第二二向色镜，用于反射从所述角反射器射出的激发光，并透射所述荧光信号。

可选的，所述第二二向色镜，还用于调整所述荧光信号中的耗散光的传输方向及激发光的传输方向，使所述荧光信号中的所述耗散光及所述激发光分离。

可选的，所述分束器将所述荧光信号按照9:1分成两部分。

可选的，所述耗散光和所述激发光的脉冲峰值之间的间隔为160～200ps。

可选的，所述系统还包括电控挡板，当所述电控挡板闭合时，挡住从所述第二透镜组射出的耗散光。

本发明提供一种超分辨成像系统，包括飞秒激光器、皮秒激光器、第一数据采集卡、第二数据采集卡、空间光调制器等，飞秒激光器产生的耗散光与皮秒激光器产生的激发光射入样本后，会产生荧光信号，第二数据采集卡将荧光信号转换为电压信息，该电压信息作为遗传算法中的适应度值，根据遗传算法对电压信息进行计算，得到一个最大电压绝对值，并将与最大电压绝对值对应的相位图作为相位补偿图，通过将相位补偿图叠加到耗散光上，对耗散光进行像差校正。与现有技术相比，本发明实施例在STED超分辨成像系统中引入遗传算法的像差校正系统，根据遗传算法得到相位补偿图，通过将相位补偿图叠加到耗散光上，对耗散光进行像差校正，克服STED成像过程中引入的像差，提高STED超分辨成像系统的成像深度和空间分辨率，使得可以在物医学等方面得到广泛应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明第一实施例提供的一种超分辨成像系统的结构示意图；

图2为对高斯型耗散光进行像差校正的待加载在空间光调制器SLM上的相位补偿图；

图3为加载在空间光调制器SLM上的耗散光的螺旋相位信息示意图；

图4为将相位补偿图与螺旋相位信息叠加后的具有像差校正效果的环形光示意图；

图5为耗尽光与激发光重叠后超越衍射极限的示意图；

图6(a)为无像差校正时的荧光珠的共聚焦成像示意图；

图6(b)为荧光珠的受激发射损耗STED超分辨成像示意图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

请参阅图1，图1为本发明第一实施例提供的一种超分辨成像系统的结构示意图，包括：飞秒激光器Laser1，用于产生耗散光，并入射至第一光调制装置；

第一光调制装置，设置在飞秒激光器Laser1的出射光路上，用于调制耗散光的偏振特性及强度；

玻璃棒GR，设置在第一光调制装置的出射光路上，用于对经过调制后的耗散光进行脉冲宽度展宽处理，使得耗散光的脉冲宽度为1皮秒；

第一透镜组，设置在玻璃棒GR的出射光路上，用于对脉冲宽度为1皮秒的耗散光的光斑直径进行扩大处理；

第一透镜L3，设置在第一透镜组的出射光路上，用于将光斑直径扩大的耗散光聚焦耦合至100米单模保偏光纤Fiber0；

100米单模保偏光纤Fiber0，设置在第一透镜L3的出射光路上，用于将脉冲宽度为1皮秒的耗散光的脉冲宽度展宽至200皮秒；

第二透镜L4，设置在100米单模保偏光纤Fiber0的出射光路上，用于对脉冲宽度为200皮秒的耗散光的光斑直径进行扩大处理，并入射至第二光调制装置；

第二光调制装置，设置在第二透镜L4的出射光路上，用于调制耗散光的偏振特性及强度；

空间光调制器SLM，设置在第二光调制装置的出射光路上，将从第二光调制装置射出的耗散光反射至第二透镜组；

第二透镜组，用于对射入的耗散光的光斑直径进行缩小处理，并将光斑直径进行缩小处理的耗散光射入振镜扫描系统Scanner；

皮秒激光器Laser2，用于产生激发光，并入射至第一单模光纤Fiber1；

第一单模光纤Fiber1，设置在皮秒激光器Laser2的出射光路上，用于对射入的激发光进行模式调控；

第三透镜，设置在第一单模光纤Fiber1的出射光路上，用于对进行模式调控后的激发光的光斑直径进行扩大处理，并入射至第三光调制装置；

第三光调制装置，用于调制激发光的偏振特性及强度；

角反射器R1，设置在第三光调制装置的出射光路上，用于改变激发光所在的光路的光程，在时间上控制激发光及耗散光之间的脉冲间隔，并将激发光射入振镜扫描系统Scanner；

振镜扫描系统Scanner，用于对重叠的激发光及耗散光进行同步面阵扫描；

四分之一玻片Q1，用于对经过振镜扫描系统Scanner扫描后的激发光及耗散光进行偏振处理，将激发光及耗散光由线偏振光调制成圆偏振光；

高数值孔径物镜Obj，用于聚焦重叠的激发光及耗散光，将聚焦后的重叠的激发光及耗散光投射到样品上，同时收集样品反射回来的荧光信号；

滤镜F1，用于对荧光信号进行过滤，将预设波段的荧光信号射入第二单模光纤Fiber2，并过滤掉预设波段以外的荧光信号；

第二单模光纤Fiber2，用于将经过滤镜F1过滤后得到的荧光信号传输给光电倍增管PMT；

光电倍增管PMT，用于将经过滤镜F1过滤后得到的荧光信号进行放大；

第一数据采集卡NI1，用于采集和分析光电倍增管PMT收集到的荧光信号；

第二数据采集卡NI2，用于将光电倍增管PMT收集到的荧光信号转换为电压信息，电压信息作为遗传算法中的适应度值，根据遗传算法对电压信息进行计算，得到一个最大电压绝对值，并将与最大电压绝对值对应的相位图作为相位补偿图；

空间光调制器SLM用于将相位补偿图叠加到耗散光上，对耗散光进行像差校正；还用于在空间光调制器SLM的液晶面上加载耗散光的螺旋相位信息，将耗散光由高斯型光转化成环形光。

进一步的，皮秒激光器Laser2通过外接线与飞秒激光器Laser1相连接，皮秒激光器Laser2由飞秒激光器Laser1触发输出激发光。

进一步的，第一光调制装置包括第一半波片H1及第一格兰激光棱镜G1，第二光调制装置包括第二半波片H2及第二格兰激光棱镜G2，第三光调制装置包括第三半波片H3及第三格兰激光棱镜G3；

第一半波片H1，设置在飞秒激光器Laser1的出射光路上，用于调制从飞秒激光器Laser1射出的耗散光的偏振特性；

第一格兰激光棱镜G1，设置在第一半波片H1的出射光路上，用于对调制后的耗散光的强度进行调整；

第二半波片H2，用于调制从第二透镜射出的耗散光的偏振特性；

第二格兰激光棱镜G2，设置在第二半波片H2的出射光路上，用于对射入的调制后的耗散光的强度进行调整；

第三半波片H3，用于调制从第一单模光纤Fiber1射出的激发光的偏振特性；

第三格兰激光棱镜G3，设置在第三半波片的出射光路上，用于对射入的调制后的激发光的强度进行调整。

进一步的，高数值孔径物镜Obj的放大倍率为100倍，数值孔径为1.4。

进一步的，系统还包括：分束器B1及电荷耦合元件CCD；

分束器B1，用于将高数值孔径物镜Obj收集并射出的荧光信号分成两部分，一部分反射后进入电荷耦合元件CCD，另一部分透射进入滤镜F1；

电荷耦合元件CCD，用于实时监测射入的荧光信号中的耗散光的光斑和激发光的光斑的重叠情况。

进一步的，系统还包括：第一二向色镜DM1及第二二向色镜DM2；

第一二向色镜DM1，用于透射从第二透镜组射出的耗散光，并并反射荧光信号；

第二二向色镜DM2，用于反射从角反射器R1射出的激发光，并透射荧光信号。

进一步的，第二二向色镜DM2，还用于调整荧光信号中的耗散光的传输方向及激发光的传输方向，使荧光信号中的耗散光及激发光分离。

进一步的，分束器B1将荧光信号按照9:1分成两部分。

进一步的，耗散光和激发光的脉冲峰值之间的间隔为160～200ps。

进一步的，系统还包括电控挡板E1，当电控挡板E1闭合时，挡住从第二透镜组射出的耗散光。

在本发明实施例中，如图1所示，本系统有两束激光，分别为飞秒激光器Laser1产生的波长为780nm的耗散光和皮秒激光器Laser2产生的波长为635nm的激发光。工作时，先打开皮秒激光器Laser2产生激发光，后打开飞秒激光器Laser1产生耗散光，常用手段是利用飞秒激光器Laser1的控制系统来同步触发飞秒激光器Laser1产生耗散光及皮秒激光器Laser2产生激发光，下面详细介绍耗散光及激发光的光路，具体的：

耗散光的光路为：耗散光首先通过第一光调制装置，第一光调制装置包括第一半波片H1及第一格兰激光棱镜G1，第一半波片H1设置在飞秒激光器Laser1的出射光路上，用于调制从飞秒激光器Laser1射出的耗散光的偏振特性，确保进入光路系统的耗散光为线偏振光，第一格兰激光棱镜G1设置在第一半波片H1的出射光路上，对调制后变成线偏振光的耗散光的强度进行调整，之后耗散光射入玻璃棒GR，玻璃棒GR设置在第一光调制装置的出射光路上，对射入的经过调制后的耗散光进行脉冲宽度展宽处理，使得耗散光的脉冲宽度为1皮秒后，射入第一透镜组，第一透镜组由两个透镜组成，分别是透镜L1和透镜L2，第一透镜组设置在玻璃棒GR的出射光路上，对脉冲宽度为1皮秒的耗散光的光斑直径进行扩大处理，将光斑直径扩大至第一透镜L3的孔径大小，第一透镜L3对射入的耗散光进行聚焦，并将聚焦后的耗散光耦合进100米单模保偏光纤Fiber0，100米单模保偏光纤Fiber0设置在第一透镜的出射光路上，将脉冲宽度为1皮秒的耗散光的脉冲宽度展宽至200皮秒，并射入第二透镜L4，第二透镜L4设置在100米单模保偏光纤Fiber0的出射光路上，第二透镜L4对脉冲宽度为200皮秒的耗散光的光斑直径进行扩大处理，将光斑直径扩大至略小于空间光调制器SLM的液晶面的纵向宽度，然后进入第二光调制装置，第二光调制装置包括第二半波片H2及第二格兰激光棱镜G2，利用第二光调制装置再一次调节耗散光的偏振特性和强度，使得耗散光的偏振方向平行于空间光调制器SLM的液晶面的长轴，以保证空间光调制器SLM对耗散光调制的灵敏度。之后，耗散光以6°左右的入射角射入空间光调制器SLM，空间光调制器SLM在这里有两个作用，一是由遗传算法控制产生补偿相位，对耗散光进行像差校正，二是在空间光调制器SLM的液晶面上加载耗散光的螺旋相位信息，将耗散光由高斯型光转化成环形光，空间光调制器SLM反射后的耗散光经过第二透镜组，第二透镜组由两个透镜组成，分别是透镜L5和透镜L6，对射入的耗散光的光斑直径进行缩小处理，射入电控挡板E1，因电控挡板E1是打开的，第二透镜组射出的耗散光穿过电控挡板E1射入第一二向色镜DM1，第一二向色镜DM1透射从第二透镜组射出的耗散光，并射入第二二向色镜DM2，第二二向色镜DM2镜透射从第一二向色镜DM1射入的耗散光，耗散光进入振镜扫描系统Scanner。

激发光的光路为：激发光由皮秒激光器Laser2产生，射入第一单模光纤Fiber1，第一单模光纤Fiber1对射入的激发光进行模式调控，并将模式调控后的激发光耦合至第三透镜L0，第三透镜L0对进行模式调控后的激发光的光斑直径进行扩大处理，并入射至第三光调制装置，第三光调制装置包括第三半波片H3及第三格兰激光棱镜G3，第三半波片H3用于调制从第三透镜L0射出的激发光的偏振特性，确保进入光路系统的激发光为线偏振光，第三格兰激光棱镜G3设置在第三半波片H3的出射光路上，对调制后变成线偏振光的激发光的强度进行调整，之后射入角反射器R1，角反射器R1设置在第三光调制装置的出射光路上，改变激发光所在的光路的光程，在时间上控制激发光及耗散光之间的脉冲间隔，使得激发光在前，耗散光在后，激发光和耗散光之间的脉冲间隔应保持在160～200ps之间，这样可以保证耗散光更彻底地将激发光产生的激发态电子以受激辐射的形式返回到基态，其中，具体的脉冲间隔数值可通过实际的超分辨成像效果来确定。激发光从角反射器R1射出后，射入第二二向色镜DM2，第二二向色镜DM2反射从角反射器R1射出的激发光，激发光射入进入振镜扫描系统Scanner。

激发光和耗散光都射入振镜扫描系统Scanner后，振镜扫描系统Scanner对重叠的激发光及耗散光进行同步面阵扫描，之后射入透镜L7和镜筒透镜T1，对经过振镜扫描系统Scanner扫描后的激发光及耗散光的光斑直径进行放大，放大至高数值孔径物镜Obj的孔径大小，之后透过分束器B1射向四分之一玻片Q1，四分之一玻片Q1对射入的激发光及耗散光进行偏振处理，将激发光及耗散光由线偏振光调制成圆偏振光后，射向高数值孔径物镜Obj，高数值孔径物镜Obj聚焦重叠的激发光及耗散光，将聚焦后的重叠的激发光及耗散光投射到样品上，同时收集样品反射回来的荧光信号。荧光信号经过分束器B1，分束器B1将高数值孔径物镜Obj收集并射出的荧光信号分成两部分，一部分反射后进入电荷耦合元件CCD，另一部分透射进入振镜扫描系统Scanner，具体的，分束器B1将荧光信号按照9:1分成两部分，十分之一通过透镜L8进入电荷耦合元件CCD，电荷耦合元件CCD实时监测射入的荧光信号中的耗散光的光斑和激发光的光斑的重叠情况，十分之九进入振镜扫描系统Scanner，并从振镜扫描系统Scanner射入第二二向色镜DM2，第二二向色镜DM2透射荧光信号，射入第一二向色镜DM1，第一二向色镜DM1反射射入的荧光信号，并射向透镜L9，经过透镜L9的聚焦，将荧光信号聚焦到滤镜F1，滤镜F1对荧光信号进行过滤，将预设波段的荧光信号射入第二单模光纤Fiber2Fiber2，并过滤掉预设波段以外的荧光信号，第二单模光纤Fiber2将经过滤镜F1过滤后得到的荧光信号传输给光电倍增管PMT，光电倍增管PMT将经过滤镜F1过滤后得到的荧光信号进行放大，并将放大后的荧光信号传输至第一数据采集卡NI1及第二数据采集卡NI2，第一数据采集卡NI1及第二数据采集卡NI2是安装在电脑上的，第一数据采集卡NI1采集和分析光电倍增管PMT收集到的荧光信号，将光电倍增管PMT收集到的荧光信号用于成像，第二数据采集卡NI2将光电倍增管PMT收集到的荧光信号转换为电压信息，该电压信息作为遗传算法中的适应度值，根据遗传算法对电压信息进行计算，得到多个电压绝对值，其中，每一个电压绝对值都对应着一个相位图，用以判断像差校正的效果，并反馈给空间光调制器SLM。需要注意的是，实验时，空间光调制器SLM先不加螺旋相位信息，只加载由遗传算法生成的相位图，对高斯型耗散光进行相位补偿，随着遗传算法的迭代不断生成新的相位图，因根据遗传算法对电压信息进行计算，得到的多个电压绝对值以逐渐增加的趋势变化，经过一定次数的迭代，会得到一个最大电压绝对值，将与最大电压绝对值对应的相位图作为相位补偿图(如图2所示)，空间光调制器SLM在液晶面上加载耗散光的螺旋相位信息(如图3所示)，则耗散光由高斯型光转化成环形光，将相位补偿图与螺旋相位信息叠加，就形成具有像差校正效果的环形光(如图4所示)。具有像差校正效果的环形光经过第一二向色镜DM1和第二二向色镜DM2透射，与经过第二二向色镜DM2反射之后的高斯型激发光重合，经振镜扫描系统Scanner扫描之后照射到样品上，通过光电倍增管PMT和第一数据采集卡NI1收集和分析反射的荧光信号，进而形成超分辨图像。

在本发明实施例中，如图1，反射镜M1、反射镜M2、反射镜M3、反射镜M4、反射镜M5、反射镜M6用来改变光束传输方向。

其中，第二二向色镜DM2还用于调整荧光信号中的耗散光的传输方向及激发光的传输方向，使荧光信号中的耗散光及激发光分离，反射镜M5和第二二向色镜DM2可以对激发光进行微调，以确保与耗散光在空间上高度重合，如图5所示。

其中，高数值孔径物镜Obj的放大倍率为100倍，数值孔径为1.4。

在实验中，将直径为170nm的荧光珠作为样品，通过在耗散光的光路上(透镜L6与第一二向色镜DM1之间)设置一块电控挡板E1，当电控挡板E1闭合时，挡住从第二透镜组射出的耗散光，只有激发光射入高数值孔径物镜Obj，此时可视为共聚焦成像，得到如图6(a)所示的无像差校正时的荧光珠图像。当电控挡板E1打开时，耗散光及皮秒激发都进入高数值孔径物镜Obj，耗散光及皮秒激发在样品上重叠，形成如图6(b)所示的受激发射损耗STED超分辨成像。对比图6(a)与图6(b)，可以观察到耗散光作用后，激发光的有效点扩展函数(point spread function，PSF)明显减小。

在本发明实施例中，提供了一种超分辨成像系统，包括飞秒激光器Laser1、皮秒激光器Laser2、第一数据采集卡NI1、第二数据采集卡NI2、空间光调制器SLM等，飞秒激光器Laser1产生的耗散光与皮秒激光器Laser2产生的激发光射入样本后，会产生荧光信号，第二数据采集卡NI2将荧光信号转换为电压信息，该电压信息作为遗传算法中的适应度值，根据遗传算法对电压信息进行计算，得到一个最大电压绝对值，并将与最大电压绝对值对应的相位图作为相位补偿图，通过将相位补偿图叠加到耗散光上，对耗散光进行像差校正。与现有技术相比，本发明实施例在STED超分辨成像系统中引入遗传算法的像差校正系统，根据遗传算法得到相位补偿图，通过将相位补偿图叠加到耗散光上，对耗散光进行像差校正，克服STED成像过程中引入的像差，提高STED超分辨成像系统的成像深度和空间分辨率，使得可以在物医学等方面得到广泛应用。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上为对本发明所提供的一种超分辨成像系统的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种超分辨成像系统，其特征在于，所述系统包括：

飞秒激光器，用于产生耗散光，并入射至第一光调制装置；

空间光调制器，设置在所述第二光调制装置的出射光路上，将从所述第二光调制装置射出的耗散光反射至第二透镜组；

皮秒激光器，用于产生激发光，并入射至第一单模光纤；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述皮秒激光器通过外接线与所述飞秒激光器相连接，所述皮秒激光器由所述飞秒激光器触发输出所述激发光。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一光调制装置包括第一半波片及第一格兰激光棱镜，所述第二光调制装置包括第二半波片及第二格兰激光棱镜，所述第三光调制装置包括第三半波片及第三格兰激光棱镜；

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述高数值孔径物镜的放大倍率为100倍，数值孔径为1.4。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：分束器及电荷耦合元件；

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述分束器将所述荧光信号按照9:1分成两部分。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：第一二向色镜及第二二向色镜；

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第二二向色镜，还用于调整所述荧光信号中的耗散光的传输方向及激发光的传输方向，使所述荧光信号中的所述耗散光及所述激发光分离。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述耗散光和所述激发光的脉冲峰值之间的间隔为160～200ps。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括电控挡板，当所述电控挡板闭合时，挡住从所述第二透镜组射出的耗散光。