CN109188668B - 一种实现光束快速合束的受激发射损耗超分辨显微镜 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的实现光束快速合束的受激发射损耗超分辨显微镜，包括：STED成像单元及合束测试单元，通过合束测试单元对激发光和损耗光进行精确合束，使得两种光束经所述STED成像单元的成像光斑能够精确重合，从而获取更为良好的超分辨成像效果。
Description
技术领域
本发明涉及显微光学成像技术领域，尤其涉及一种受激发射损耗超分辨显微镜。
背景技术
光学超分辨显微术的成像分辨率超越了光学衍射限制，其成像分辨率远高于传统的光学显微镜，是近年来的研究热点，出现了多种类型。受激发射损耗(StimulatedEmission Depletion，STED)显微术是首先提出也是直接克服光学衍射极限的远场光学显微术，其建立在激光共聚焦显微成像基础上，相对于其它类型的超分辨显微术，成像速度相对较快，能够对活细胞进行成像，在生物医学研究中可以探测更精细的结构。
STED成像中需要对激发光和损耗光进行精确合束，使得两种光束经物镜聚焦后的光斑能够精确重合，由于受到周围环境振动、温度变化以及机械零件应力释放等因素，激发光和损耗光的光斑位置容易漂移，使两个光斑不再精确重合，从而使超分辨成像的效果下降或完全消失。
发明内容
有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种可以实现激发光斑和损耗光斑的快速高精度合束的实现光束快速合束的受激发射损耗超分辨显微镜。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种实现光束快速合束的受激发射损耗超分辨显微镜，包括：STED成像单元及合束测试单元；
所述STED成像单元包括：第一激光器、第一反射镜、第二激光器、相位板、第一二色镜、λ/4玻片、第二反射镜、XY扫描振镜、扫描透镜、筒镜、第二二色镜、物镜、用于放置样本的三维纳米位移台、滤光片、第一透镜、针孔及点探测器；
所述第一激光器发出的光束作为激发光，所述激发光经所述第一反射镜反射后进入到所述第一二色镜，并经所述第一二色镜透射；所述第二激光器发出的光束作为损耗光，所述损耗光经所述相位板透射入射进入所述第一二色镜，并经所述第一二色镜反射，经所述第一二色镜透射的激发光束和经所述第一二色镜反射的损耗光束形成合束光束；
所述合束测试单元用于接收所述合束光束，并对所述合束光束进行调节以使所述激发光束及损耗光束精确重合；
精确重合后的光束进入到所述λ/4玻片，并经所述λ/4玻片调整偏振态后经所述第二反射镜反射后进入到所述XY扫描振镜，经所述XY扫描振镜出射的光束依次进入到所述扫描透镜及所述筒镜，从所述筒镜出射的光束经所述第二二色镜透射进入所述物镜，被所述物镜聚焦在所述样本上，样本发出的荧光经所述物镜收集后后向传输出所述物镜，再经所述第二二色镜反射后进入到所述滤光片，所述滤光片对入射激光进行抑制，对荧光进行透射，透射的荧光进入到所述第一透镜，经所述第一透镜聚焦于焦点位置处设置的所述针孔，经所述针孔出射的光束进入到所述点探测器中，从而实现STED成像荧光信号的探测。
在一些较佳的实施例中，所述第一反射镜及所述第一二色镜均可绕XY轴向调节角度，所述第二反射镜可移除所在光路。
在一些较佳的实施例中，所述合束测试单元包括分光棱镜、第二透镜、第一面阵探测器及第二面阵探测器；
所述合束测试单元在对所述合束光束调节时，将所述第二反射镜移除所在光路，所述合束光束经所述λ/4玻片后入射进入到所述分光棱镜，所述分光棱镜对入射的合束光束进行反射和透射，出射的反射光入射进入到所述第一面阵探测器上并在所述第一面阵探测器上形成近点光斑，出射的透射光经所述第二透镜聚焦在所述第二面阵探测器并在所述第二面阵探测器上形成远点光斑；
保持所述第一二色镜角度不变，标记出所述损耗光在所述第一面阵探测器上形成的近点光斑的中心位置Ps1，并以所述中心位置Ps1作为参考位置，绕x轴或y轴向调节第一反射镜的角度，以改变所述激发光在所述第一面阵探测器上形成的近点光斑的位置Pj1，且使Pj1逐渐移向Ps1；
保持所述第一反射镜角度不变，标记出所述激发光在所述第二面阵探测器上形成的远点光斑的中心位置Pj2，并以所述中心位置Pj2作为参考位置，绕x轴或y轴向调节所述第一二色镜的角度，以改变所述损耗光在所述第二面阵探测器上形成的远点光斑的位置Ps2，且使Ps2逐渐移向Pj2；
交替调节所述第一反射镜和所述第一二色镜的角度，使得所述第一面阵探测器及第二面阵探测器中的激发光的光斑位置Pj1、Pj2和对应的损耗光的光斑位置Ps1、Ps2重合，实现所述激发光束及损耗光束精确重合。
在一些较佳的实施例中，所述相位板上的相位分布为0-2π螺旋分布。
在一些较佳的实施例中，所述点探测器为雪崩二极管。
本发明采用上述技术方案的优点是：
本发明提供的实现光束快速合束的受激发射损耗超分辨显微镜，包括：STED成像单元及合束测试单元，通过合束测试单元对激发光和损耗光进行精确合束，使得两种光束经所述STED成像单元的成像光斑能够精确重合，从而获取更为良好的超分辨成像效果。
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，对于本领域普通技术人员来讲，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它的附图。
图1为本发明实施例提供的实现光束快速合束的受激发射损耗超分辨显微镜的结构示意图。
图2为发明提供的实现光束快速合束的受激发射损耗超分辨显微镜物镜焦点处激发光斑光强分布。
图3为本发明提供的实现光束快速合束的受激发射损耗超分辨显微镜物镜焦点处损耗光斑光强分布。
具体实施方式
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，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，为本发明实施例提供的实现光束快速合束的受激发射损耗超分辨显微镜的结构示意图，包括：STED成像单元100及合束测试单元200。其中：
所述STED成像单元100包括：第一激光器10、第一反射镜11、第二激光器12、相位板13、第一二色镜14、λ/4玻片15、第二反射镜16、XY扫描振镜17、扫描透镜18、筒镜19、第二二色镜110、物镜120、用于放置样本的三维纳米位移台130、滤光片140、第一透镜150、针孔160及点探测器170。
本发明实施例提供的实现光束快速合束的受激发射损耗超分辨显微镜，其工作方式如下：
所述第一激光器10发出的光束作为激发光，所述激发光经所述第一反射镜11反射后进入到所述第一二色镜14，并经所述第一二色镜14透射；所述第二激光器12发出的光束作为损耗光，所述损耗光经所述相位板13透射入射进入所述第一二色镜14，并经所述第一二色镜14反射，经所述第一二色镜14透射的激发光束和经所述第一二色镜14反射的损耗光束形成合束光束；
所述合束测试单元200用于接收所述合束光束，并对所述合束光束进行调节以使所述激发光束及损耗光束精确重合。
精确重合后的光束进入到所述λ/4玻片15，并经所述λ/4玻片15调整偏振态后经所述第二反射镜16反射后进入到所述XY扫描振镜17，经所述XY扫描振镜17出射的光束依次进入到所述扫描透镜18及所述筒镜19，从所述筒镜19出射的光束经所述第二二色镜110透射进入所述物镜120，被所述物镜120聚焦在所述样本上，样本发出的荧光经所述物镜120收集后后向传输出所述物镜120，再经所述第二二色镜110反射后进入到所述滤光片140，所述滤光片140对入射激光进行抑制，对荧光进行透射，透射的荧光进入到所述第一透镜150，经所述第一透镜150聚焦于焦点位置处设置的所述针孔160，经所述针孔160出射的光束进入到所述点探测器170中，从而实现STED成像荧光信号的探测。
在一些较佳的实施例中，所述相位板13上的相位分布为0-2π螺旋分布。
在一些较佳的实施例中，所述点探测器170为雪崩二极管。
在一些较佳的实施例中，所述第一反射镜11及所述第一二色镜14均可绕XY轴向调节角度，所述第二反射镜16可移除所在光路。
在一些较佳的实施例中，所述合束测试单元200包括分光棱镜20、第二透镜21、第一面阵探测器22及第二面阵探测器23。
所述合束测试单元200在对所述合束光束调节时，将所述第二反射镜16移除所在光路，所述合束光束经所述λ/4玻片15后入射进入到所述分光棱镜20，所述分光棱镜20对入射的合束光束进行反射和透射，出射的反射光入射进入到所述第一面阵探测器22上并在所述第一面阵探测器22上形成近点光斑，出射的透射光经所述第二透镜21聚焦在所述第二面阵探测器23并在所述第二面阵探测器23上形成远点光斑；
保持所述第一二色镜14角度不变，标记出所述损耗光在所述第一面阵探测器22上形成的近点光斑的中心位置Ps1，并以所述中心位置Ps1作为参考位置，绕x轴或y轴向调节第一反射镜11的角度，以改变所述激发光在所述第一面阵探测器22上形成的近点光斑的位置Pj1，且使Pj1逐渐移向Ps1；
保持所述第一反射镜11角度不变，标记出所述激发光在所述第二面阵探测器23上形成的远点光斑的中心位置Pj2，并以所述中心位置Pj2作为参考位置，绕x轴或y轴向调节所述第一二色镜14的角度，以改变所述损耗光在所述第二面阵探测器23上形成的远点光斑的位置Ps2，且使Ps2逐渐移向Pj2；
交替调节所述第一反射镜11和所述第一二色镜14的角度，使得所述第一面阵探测器22及第二面阵探测器23中的激发光的光斑位置Pj1、Pj2和对应的损耗光的光斑位置Ps1、Ps2重合，实现所述激发光束及损耗光束精确重合。
可以理解，在进行上述操作中，第一面形探测器22中的激发光光斑位置Pj1和损耗光光斑位置Ps1可能会分开，同样的，第二面形探测器23中的激发光光斑位置Pj2和损耗光光斑位置Ps2可能会分开，交替调节所述第一反射镜11和所述第一二色镜14的角度，直到第一面阵探测器22及第二面阵探测器23中的激发光光斑位置Pj1、Pj2和对应的损耗光光斑位置Ps1、Ps2完全重合。
请参阅图2，表示了激发光和损耗光在所述第一面阵探测器22上形成的近点光斑的位置；图3表示了激发光和损耗光在所述第二面阵探测器23上形成的远点光斑的位置。
本发明提供的实现光束快速合束的受激发射损耗超分辨显微镜，通过合束测试单元200对激发光和损耗光进行精确合束，使得两种光束经所述STED成像单元100的成像光斑能够精确重合，从而获取更为良好的超分辨成像效果。
当然本发明的实现光束快速合束的受激发射损耗超分辨显微镜还可具有多种变换及改型，并不局限于上述实施方式的具体结构。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。
Claims (3)
1.一种实现光束快速合束的受激发射损耗超分辨显微镜，其特征在于，包括：STED成像单元及合束测试单元；
所述STED成像单元包括：第一激光器、第一反射镜、第二激光器、相位板、第一二色镜、λ/4玻片、第二反射镜、XY扫描振镜、扫描透镜、筒镜、第二二色镜、物镜、用于放置样本的三维纳米位移台、滤光片、第一透镜、针孔及点探测器；
所述第一激光器发出的光束作为激发光，所述激发光经所述第一反射镜反射后进入到所述第一二色镜，并经所述第一二色镜透射；所述第二激光器发出的光束作为损耗光，所述损耗光经所述相位板透射入射进入所述第一二色镜，并经所述第一二色镜反射，经所述第一二色镜透射的激发光束和经所述第一二色镜反射的损耗光束形成合束光束；
所述合束测试单元用于接收所述合束光束，并对所述合束光束进行调节以使所述激发光束及损耗光束精确重合；
精确重合后的光束进入到所述λ/4玻片，并经所述λ/4玻片调整偏振态后经所述第二反射镜反射后进入到所述XY扫描振镜，经所述XY扫描振镜出射的光束依次进入到所述扫描透镜及所述筒镜，从所述筒镜出射的光束经所述第二二色镜透射进入所述物镜，被所述物镜聚焦在所述样本上，样本发出的荧光经所述物镜收集后后向传输出所述物镜，再经所述第二二色镜反射后进入到所述滤光片，所述滤光片对入射激光进行抑制，对荧光进行透射，透射的荧光进入到所述第一透镜，经所述第一透镜聚焦于焦点位置处设置的所述针孔，经所述针孔出射的光束进入到所述点探测器中，从而实现STED成像荧光信号的探测；
所述第一反射镜及所述第一二色镜均可绕XY轴轴向调节角度，所述第二反射镜可移除所在光路；
所述合束测试单元包括分光棱镜、第二透镜、第一面阵探测器及第二面阵探测器；
所述合束测试单元在对所述合束光束调节时，将所述第二反射镜移除所在光路，所述合束光束经所述λ/4玻片后入射进入到所述分光棱镜，所述分光棱镜对入射的合束光束进行反射和透射，出射的反射光入射进入到所述第一面阵探测器上并在所述第一面阵探测器上形成近点光斑，出射的透射光经所述第二透镜聚焦在所述第二面阵探测器并在所述第二面阵探测器上形成远点光斑；
保持所述第一二色镜角度不变，标记出所述损耗光在所述第一面阵探测器上形成的近点光斑的中心位置Ps1，并以所述中心位置Ps1作为参考位置，绕x轴或y轴轴向调节第一反射镜的角度，以改变所述激发光在所述第一面阵探测器上形成的近点光斑的位置Pj1，且使Pj1逐渐移向Ps1；
保持所述第一反射镜角度不变，标记出所述激发光在所述第二面阵探测器上形成的远点光斑的中心位置Pj2，并以所述中心位置Pj2作为参考位置，绕x轴或y轴轴向调节所述第一二色镜的角度，以改变所述损耗光在所述第二面阵探测器上形成的远点光斑的位置Ps2，且使Ps2逐渐移向Pj2；
交替调节所述第一反射镜和所述第一二色镜的角度，使得所述第一面阵探测器及第二面阵探测器中的激发光的光斑位置Pj1、Pj2和对应的损耗光的光斑位置Ps1、Ps2重合，实现所述激发光束及损耗光束精确重合。
2.如权利要求1所述的实现光束快速合束的受激发射损耗超分辨显微镜，其特征在于，所述相位板上的相位分布为0-2π螺旋分布。
3.如权利要求1所述的实现光束快速合束的受激发射损耗超分辨显微镜，其特征在于，所述点探测器为雪崩二极管。
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |