CN111879234A - 基于偏振调制空心光斑照明的三维亚十纳米定位方法和装置 - Google Patents

基于偏振调制空心光斑照明的三维亚十纳米定位方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于偏振调制空心光斑照明的三维亚十纳米定位方法和装置，同一光源产生的激光被电光调制器周期地调制线偏方向，得到两种光束，其中一束光通过0‑2π涡旋相位板调制后在样品上聚焦形成横向空心光斑，另一束光被0/π相位板调制为轴向空心光斑；横向空心光斑可被两台放置在光路上的电光偏转器偏转，从而得到荧光分子被不同位置的横向空心光斑激发出的光子数，并且使用电光晶体变焦透镜调整轴向空心光斑的焦点，探测荧光分子被不同位置的轴向空心光斑激发出的光子数，并对荧光分子进行三维空间定位求解。本发明采用偏振调制分时的方法探测荧光分子的三维位置，较传统方法可以避免两束光合束时产生干涉导致的三维暗斑不完美引起的负面效应。

Description

基于偏振调制空心光斑照明的三维亚十纳米定位方法和装置
技术领域
本发明属于超分辨领域，尤其涉及一种基于偏振调制空心光斑照明的三维亚十纳米定位方法和装置。
背景技术
2017年，诺贝尔化学奖得主Stefan Hell在Science杂志上发表论文[Nanometerresolution imaging and tracking of fluorescent molecules with minimal photonfluxes.Science 355(6325),606-612(2017)]，创新性的结合了随机坐标定位和确定坐标分辨两种技术的优点，提出了一种新型的纳米分辨技术，称为最小光通量显微术(MINFLUX)。
与随机坐标定位技术通过高斯中心拟合定位，以及确定坐标分辨技术使用空心光束进行荧光损耗不同，在单分子定位过程中，MINFLUX只使用空心光束激发荧光并进行确定坐标的暗斑中心定位。相比高斯中心定位，MINFLUX采用的暗斑中心定位具有很强的光敏感性，其空间分辨能力可以达到亚十纳米。
MINFLUX定位单个荧光分子所需的光子数极低，大大降低荧光染料漂白的风险，可以长时间对荧光分子进行定位。因此该技术是一种长时程、高精度、高分辨的定位手段。尽管最新的3D MINFLUX实现了荧光分子的三维定位，但由于其只使用0/π相位产生的轴向空心光斑，相较于之前的2D MINFLUX，在分子二维平面定位精度上有所降低。
现有技术中，报道在原本产生的横向空心光斑之外，再通过0/π相位来额外产生轴向的空心光斑，从而实现三维空心光斑，进而满足荧光分子的三维定位要求。如公开号为CN110907415 A的专利申请文件提供的一种基于并行探测的三维亚十纳米定位方法，包括步骤：
(1)激光光束分成两束线偏振光，分别为P光和S光；
(2)对所述的P光进行横向相位调制，对S光进行轴向相位调制；
(3)所述的P光和S光合束后对样品进行扫描，并收集信号光；
(4)利用探测器分别接收焦面位置的信号光和离焦的信号光；
(5)根据焦面位置的信号光计算荧光分子的横向位置信息，根据离焦的信号光计算荧光分子的轴向位置信息；
(6)根据所述的横向位置信息和轴向位置信息，重构出荧光分子的三维空间信息。
上述方法使用两束光合束产生三维空心光斑，容易造成彼此干涉的问题，导致合束的暗斑质量变差。
发明内容
本发明提供了一种基于偏振调制空心光斑照明的三维亚十纳米定位装置。本装置利用电光调制器进行偏振调制，分时调制为S偏振态和P偏振态。之后用偏振分束器将这束偏振调制光分成两路，一路使用0-2π涡旋相位板产生横向空心光斑，另一路使用0/π相位板产生轴向空心光斑。之后使用另一偏振分束器对这两路光进行合路。由于电光调制器的偏振调制作用，这两路光不会同时产生，因此不受干涉影响。随后使用两个电光偏转器实现横向空心光斑在横向的移动，并使用电光晶体变焦透镜实现轴向空心光斑在轴向的移动。探测器收集空心光斑不同位置处激发的荧光信号，结合最大似然估计算法以及空心光斑的参数，重构出荧光分子的三维精确位置信息。
本发明提供了一种不受干涉影响的基于偏振调制空心光斑照明的三维亚十纳米定位装置，包括激发光光源、承载待测样品的电动样品台和将光线投射到所述电动样品台的显微物镜，激发光光源与显微物镜之间依次设有：
用于将经单模光纤输出的激光光源准直扩束的准直镜；
用于快速调整激光线偏振方向的电光调制器；
用于将偏振特性改变后的光束分成两路的第一偏振分束器，所述的两束线偏振光分别为P光和S光；
用于对所述P光进行横向相位调制的0-2π涡旋相位板；
用于对所述S光进行轴向相位调制的0/π相位板；
用于对所述轴向空心暗斑焦点进行快速移动的电光晶体变焦透镜；
用于将两束激光进行合束的第二偏振分束器；
用于改变器出射的光束中偏振光偏振特性依次设置的1/2波片和1/4波片；
用于实现所述横向空心光斑在物面小范围快速移动而设置的两个电光偏转器、三个望远系统和一个1/2波片，其中第一和第三望远系统的作用是实现激光的缩束与扩束，第二望远系统承担4f中继的功能，以实现更精准的偏转效果；
用于反射激光光束和透射荧光信号的二向色镜；
用于将偏振相位调制后的两束激光进行光路偏转实现对样品选区扫描的压电偏摆镜；
用于实现压电偏摆镜与显微物镜入瞳共轭的4f系统，包括扫描透镜和场镜；
用于补偿因二向色镜引起偏振态改变的1/4波片；
并设有控制所述电光调制器和压电偏摆镜的控制器及收集所述待测样品发出的信号光的探测系统。
探测系统包括：
用于滤除二向色镜出射的荧光中的杂散光和部分激光的窄带滤波片；
用于将滤光后的荧光光束聚焦到探测器上的聚焦透镜；
用于对所述信号光束进行空间滤波的空间滤波器，其位于所述聚焦透镜的焦平面处，所述空间滤波器可以采用针孔或多模光纤，若采用针孔，所用针孔的直径应小于一个艾里斑直径。
用于探测信号光束的光强信号的探测器，所述探测器选用雪崩光电二极管(APD)；
所述显微物镜的数值孔径NA＝1.4。
本发明还提供一种基于偏振调制空心光斑照明的三维亚十纳米定位方法，包括以下步骤：
1)将激发光激光器发出的激光光束汇聚耦合进入单模光纤；
2)使用电光调制器对从单模光纤出来的激光进行偏振调制，首先调制为P光；
3)经电光调制器出射的P光透过偏振分束器，被0-2π涡旋相位板调制为横向空心光斑，随后透过另一偏振分束器进行合束；
4)将上述偏振分束器合束的光投射到样品上，并使用电光偏转器进行小范围的移动来激发荧光，在每次移动光束时使用前述电光调制器将光强调制至0，以避免产生任何不想要的激发；
5)探测器获得横向空心光斑在不同横向位置时激发出的光子数；
6)将电光调制器出射的激光调制为S光；
7)经电光调制器出射的S光被偏振分束器反射，经过0/π相位板被调制为轴向空心光斑，随后被另一偏振分束器反射进行合束；
8)将上述偏振分束器合束的光投射到样品上，并使用电光晶体变焦透镜在光轴方向移动焦点来激发荧光，在每次移动光束时使用前述电光调制器将光强调制至0，以避免产生任何不想要的激发；
9)探测器获得轴向空心光斑在不同轴向位置时激发出的光子数；
10)根据单探测器在偏振调制的不同时刻接收到的光子数以及照射荧光分子样品的空心暗斑参数，可得到产生该光子流分布的极大似然概率，反解即可得到荧光分子的三维发光位置；
11)经过压电偏摆镜扫描，并重复步骤(2)至步骤(10)，则可获得一定区域内的荧光分子的三维分布信息。
本发明原理如下：
在传统的MINFLUX系统中，使用一束轴向空心暗斑进行小范围的横向移动，可以获取同一荧光分子被不同位置时的该轴向空心暗斑激发出的光子数。根据其光子数信息以及该轴向空心暗斑的参数，结合极大似然估计算法，可反解出该分子的二维发光位置。要加上轴向的信息，则需要将原来二维平面的空心光斑替换为一个三维空心暗斑。
而传统的三维空心光斑合束采用一束横向空心光斑和一束轴向空心光斑合束的方式。这种方式由于两束光同时产生，容易发生干涉，进而影响合束后点扩散函数的质量，易导致各种负面效应。本发明采用电光调制器调制激光的线偏振态，使用偏振分束器分光，将透射偏振分束器的一路，调制为横向空心光斑，且将偏振分束器反射的一路，调制为轴向空心光斑。之后再使用一个偏振分束器进行合路。由于电光调制器将激光调制为S光或者P光，上述两路激光不会同时产生，因此避免了两束光斑合束时彼此干涉产生的暗斑不完美。随后使用两个电光偏转器实现光斑的横向移动，并使用电光晶体变焦透镜实现光斑的轴向移动，从而获得光斑处于不同位置时激发的光子数。
使用极大似然概率估计得到荧光分子位置的原理是：在一个定位周期内，由于将激发暗斑移动了多个位置，该荧光分子先后多次被暴露在不同的光激发强度之下，因而探测器会接收到不同的光子数，从而形成一个定位周期内光子数的特定分布。对于待定位区域的各个空间点，我们可以计算出假设荧光分子就在该点时，产生和实验结果相同的光子数分布的概率大小，根据极大似然概率估计原理，选择该概率最大值所对应的空间点，则就是荧光分子最有可能存在的位置。而该概率可以根据如下公式来计算，因为其本质上光子数的分布属于多项式分布：
Figure BDA0002548178370000051
Figure BDA0002548178370000052
其中，N是收集到的光子数总和，k是一个定位周期中激发光斑放置位置的总次数，ni代表在一个定位周期内第i个位置收集到的光子数，pi代表接收到的该光子是由在第i个放置位置中心暗点对准的荧光分子产生的概率，其中Ii代表第i个放置位置荧光分子暴露在的激发光的强度。
相较于现有的技术，本发明的创新点如下：
(1)首次提出了基于偏振调制空心光斑照明的三维亚十纳米定位方法；
(2)对激发光进行偏振调制，分时产生S光和P光，彼此之间不会发生干涉，避免了横向与轴向暗斑合束时干涉所产生的负面效应。
附图说明
图1为本实施例的超分辨显微装置的结构示意图；
图2为本实施例经过0-2π涡旋相位板调制后的横向空心光斑被物镜聚焦后在焦点附近的光场分布的横向截面和轴向截面示意图；
图3为本实施例经过0/π相位板调制后的轴向空心光斑被物镜聚焦后在焦点附近的光场分布的横向截面和轴向截面示意图；
图4为本实施例一个调制周期的具体时序及光斑移动模式示意图；
图5为本实施例的选区扫描模式示意图；
图6为本实施例的横向定位示意图；
图7为本实施例的轴向定位示意图。
图中：1-激光器，2-第一单模光纤，3-准直透镜，4-电光调制器，5-第一偏振分束器，6-0～2π涡旋位相板，7-第一反射镜，8-第二反射镜，9-电光晶体变焦透镜，10-0/π相位板，11-第二偏振分束器，12-第一1/2波片，13-1/4波片，14-第三反射镜，15-第一望远系统，16-第一电光偏转器，17-第二望远系统，18-第二1/2波片，19-第二电光偏转器，20-第三望远系统，21-第四反射镜，22-二向色镜，23-压电偏摆镜，24-第五反射镜，25-第六反射镜，26-消色差1/4波片，27-扫描透镜，28-场镜，29-显微物镜，30-样品台，31-带通滤波片，32-收集透镜32，33-第二单模光纤，34-单光子计数器。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本实施例的三维亚十纳米定位装置，包括：激光器1，第一单模光纤2和第二单模光纤33，准直透镜3，电光调制器4，第一偏振分束器5和第二偏振分束器11，0～2π涡旋位相板6，第一反射镜7、第二反射镜8、第三反射镜14、第四反射镜21、第五反射镜24和第六反射镜25，电光晶体变焦透镜9，0/π相位板10，第一1/2波片12和第二1/2波片18，1/4波片13，第一望远系统15、第二望远系统17和第三望远系统20，第一电光偏转器16和第二电光偏转器19，二向色镜22，压电偏摆镜23，消色差1/4波片26，扫描透镜27，场镜28，显微物镜29，样品台30，带通滤波片31，收集透镜32，单光子计数器34。
其中，第一单模光纤2、准直透镜3、电光调制器4、第一偏振分束器5和第二偏振分束器11、0～2π涡旋位相板6、电光晶体变焦透镜9、0/π相位板10、第一1/2波片12、1/4波片13依次位于激光器1出射光束的光轴之上。
其中，偏振分束器11位于经0～2π涡旋位相板6和经0/π相位板10调制后光束的光轴之上。
其中，第一望远系统15、第二望远系统17和第三望远系统20、第一电光偏转器16和第二电光偏转器19、第二1/2波片18依次位于第二偏振分束器11的出射光经第三反射镜14偏折之后的光轴之上。
其中，二向色镜22位于经第四反射镜21偏折之后的光轴之上；压电偏摆镜23位于经二向色镜22反射后光束的光轴之上。
其中，消色差1/4波片26、扫描透镜27、场镜28、显微物镜29、样品台30依次位于压电偏摆镜23出射光束的光轴之上。
其中，带通滤波片31，收集透镜32，第二单模光纤33，单光子计数器34，依次位于经二向色镜22后的光轴之上。
上述装置中，显微物镜29的数值孔径NA＝1.4；所用第二单模光纤33的直径为0.8个艾里斑直径，单光子计数器34为雪崩光电二极管(APD)。
采用图1所示的装置进行超分辨显微的方法如下：
从激光器1发出的激光光束，首先被导入第一单模光纤2，经过准直透镜3完成准直。经过准直后的光束入射到电光调制器4被分时偏振调制为S光或者P光，其中透射第一偏振分束器5的P光经过0～2π涡旋位相板6被调制为横向空心光斑，被第一偏振分束器5反射的S光经过0/π相位板10被调制为轴向空心光斑，并且可经电光晶体变焦透镜9调整焦距。这两束光经第二偏振分束器11后合束后共轴。
经第二偏振分束器11出射的这束光，通过第一1/2波片12变为线偏振光，再经1/4波片13变为圆偏光。之后经第一望远系统15、第二望远系统17、第三望远系统20和第一电光偏转器16、第二电光偏转器19等器件偏转后，再经二向色镜22反射。
调制后的光入射到压电偏摆镜23上，经压电偏摆镜23出射的光束通过消色差1/4波片26，补偿因二向色镜引起的偏振态改变，使其重新变为圆偏光。之后依次被扫描透镜27聚焦、场镜28准直，之后经显微物镜29投射到位于样品台30上的待测样品之上。
入射光在显微物镜29的焦点附近所成的光场分布可由德拜积分确定，具体如下：
Figure BDA0002548178370000081
式中，
Figure BDA0002548178370000082
是以显微物镜29的焦点位置为原点的柱坐标系下的坐标，
Figure BDA0002548178370000083
代表了(r2,φ2,z2)处的电矢量强度，i为虚数单位，C为归一化常数，θ为光束孔径角，φ为光束垂直Z轴剖面内位置极坐标矢量与x轴的夹角，A1(θ,φ)是入射光的振幅分布，A2(θ,φ)表征了显微物镜29的结构，
Figure BDA0002548178370000084
则表示了入射光的偏振信息，k＝2π/λ，n为介质折射率。
由上式计算可以发现，此时入射的圆偏光经显微物镜29聚焦之后在待测样品上所成光斑为一个面包圈型空心光斑，其横向和轴向光场分布的轴向截面和横向截面分别如图2和图3所示。
待测样品所出射的信号光被显微物镜29收集，之后依次通过场镜28、扫描透镜27、压电偏摆镜23，最后通过二向色镜22。信号光束通过带通滤波片23滤去杂散光，之后被收集透镜32聚焦，然后通过二单模光纤33，最终被单光子计数器34接收。
通过控制器调节电光调制器4、电光晶体变焦透镜9，实现对单分子的分时探测，以获取分子的三维发光位置。每个周期的时序如图4所示，先将电光调制器出射光的偏振调制为P偏振光，并使用电光偏转器偏转光斑位置。然后将上述出射光的偏振调制为S偏振光，并使用电光晶体变焦透镜改变焦点。每个时隙由电光调制器与探测器的关断和开启组成，一个周期共有7个时隙，其中，4个时隙为P偏振光，3个时隙为S偏振光。
通过控制器调节压电偏摆镜23，实现对于待测样品的选区扫描，扫描模式如图5所示。
对采集到的数据使用极大似然概率估计函数，并进行反解，即可以获得较为精准的荧光分子定位，如图6和图7所示。
以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于偏振调制空心光斑照明的三维亚十纳米定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)调整准直后激光光束的偏振情况，使激光光束分时地被调制为两种线偏振光，即P光和S光；
2)对所述的P光进行横向相位调制，并对S光进行轴向相位调制；
3)经相位调制的P光形成投射到样品上的横向空心光斑，经相位调制的S光形成投射到样品上的轴向空心光斑；
4)分别移动所述横向空心光斑的横向激发位置和所述轴向空心光斑的轴向激发位置；
5)使用单光子计数器接收荧光分子被不同位置的光斑激发出的信号光；
6)利用5)中所得到的光子数信息，重构出荧光分子的三维空间信息。
2.如权利要求1所述的基于偏振调制空心光斑照明的三维亚十纳米定位方法，其特征在于，利用0-2π涡旋位相板对P光进行横向相位调制，利用0/π相位板对S光进行轴向相位调制。
3.如权利要求1所述的基于偏振调制空心光斑照明的三维亚十纳米定位方法，其特征在于，移动光束的激发位置时，将光束的光强调制至0。
4.一种基于偏振调制空心光斑照明的三维亚十纳米定位装置，其特征在于，包括激发光光源、承载待测样品的样品台和将光束投射到所述样品台的显微物镜，激发光光源与显微物镜之间依次设有：
用于调整激光线偏振方向的电光调制器，分时地被调制为P光或S光；
用于对所述P光进行横向相位调制的0-2π涡旋相位板，所述P光形成投射到样品上的横向空心光斑；
用于对所述S光进行轴向相位调制的0/π相位板，所述S光形成投射到样品上的轴向空心光斑；
用于移动所述轴向空心光斑的轴向激发位置的电光晶体变焦透镜；
用于移动所述横向空心光斑的横向激发位置的电光偏转器；
用于收集所述待测样品发出的信号光的探测系统；
以及用于控制所述电光调制器和对探测系统采集信号进行处理的处理器。
5.如权利要求4所述的基于偏振调制空心光斑照明的三维亚十纳米定位装置，其特征在于，所述0-2π涡旋位相板，其横向相位调制原理在于调制函数
Figure FDA0002548178360000021
其中，ρ为光束上某点与光轴的距离，
Figure FDA0002548178360000022
为光束垂直光轴剖面内位置极坐标矢量与x轴的夹角。
6.如权利要求4所述的基于偏振调制空心光斑照明的三维亚十纳米定位装置，其特征在于，所述0/π相位板，其轴向相位调制原理在于相位阶跃函数
Figure FDA0002548178360000023
其中r为光束上某点与光轴的距离，R为0到1之间的设定值。
7.如权利要求4所述的基于偏振调制空心光斑照明的三维亚十纳米定位装置，其特征在于，所述电光调制器的出射光路上布置有第一偏振分束器和第二偏振分束器；
所述的P光透过第一偏振分束器，被所述的0-2π涡旋相位板调制为横向空心光斑，再透过第二偏振分束器；
所述的S光被偏振分束器反射，并通过所述的电光晶体变焦透镜和0/π相位板被调制为轴向空心光斑，再由第二偏振分束器反射，与所述P光共轴。
8.如权利要求7所述的基于偏振调制空心光斑照明的三维亚十纳米定位装置，其特征在于，所述第二偏振分束器的出射光路上依次布置有第一1/2波片、1/4波片、第一望远系统、第一电光偏转器、第二望远系统、第二1/2波片、第二电光偏转器和第三望远系统。
9.如权利要求8所述的基于偏振调制空心光斑照明的三维亚十纳米定位装置，其特征在于，所述的第三望远系统与显微物镜间布置有用于将偏振相位调制后的两束激光进行光路偏转实现对样品选区扫描的压电偏摆镜。
10.如权利要求4所述的基于偏振调制空心光斑照明的三维亚十纳米定位装置，其特征在于，所述探测系统包括：
用于滤除荧光中的杂散光和部分激光的窄带滤波片；
用于将滤光后的荧光光束聚焦到探测器上的聚焦透镜；
用于对信号光束进行空间滤波的空间滤波器；
用于探测信号光束的光强信号的单光子计数器。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113189846A (zh) * 2021-04-12 2021-07-30 之江实验室 一种基于光场调控的双路并行超分辨激光直写装置
CN114216887A (zh) * 2021-12-02 2022-03-22 南昌大学 偏振调制提高受激发射损耗显微系统分辨率的方法
WO2024087615A1 (zh) * 2022-10-29 2024-05-02 深圳大学 一种荧光发射比率三维超分辨成像方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022109027B4 (de) 2022-04-13 2023-12-21 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Verfahren zum Kartieren der Oberfläche eines Makromoleküls

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1588005A (zh) * 2004-09-10 2005-03-02 上海理工大学 生物芯片时分复用多荧光同时检测方法及装置
CN103042305A (zh) * 2012-12-25 2013-04-17 武汉帝尔激光科技有限公司 分时分光系统
CN103926225A (zh) * 2014-03-28 2014-07-16 浙江大学 一种基于倏逝波照明的荧光发射微分显微方法及装置
JP2016516219A (ja) * 2013-03-22 2016-06-02 フォンダツィオーネ・イスティトゥート・イタリアーノ・ディ・テクノロジャＦｏｎｄａｚｉｏｎｅ Ｉｓｔｉｔｕｔｏ Ｉｔａｌｉａｎｏ Ｄｉ Ｔｅｃｎｏｌｏｇｉａ ランダムアクセス誘導放出抑制（ｓｔｅｄ）顕微鏡
CN105973853A (zh) * 2016-05-10 2016-09-28 浙江大学 一种基于双模式竞争激发的超分辨显微方法和装置
CN107941763A (zh) * 2017-10-27 2018-04-20 浙江大学 一种共轴三维受激辐射损耗超分辨显微成像方法和装置
CN108802988A (zh) * 2018-06-07 2018-11-13 上海大学 超分辨光学显微成像系统及其调节方法
CN109632756A (zh) * 2019-01-18 2019-04-16 浙江大学 一种基于并行光斑扫描的实时荧光辐射微分超分辨显微方法与装置
CN110632045A (zh) * 2019-09-10 2019-12-31 之江实验室 一种产生并行超分辨焦斑的方法和装置
CN110907415A (zh) * 2019-11-01 2020-03-24 浙江大学 一种基于并行探测的三维亚十纳米定位方法及装置
CN110907414A (zh) * 2019-11-01 2020-03-24 浙江大学 一种基于并行探测的二维亚十纳米定位方法及装置
CN111024658A (zh) * 2019-11-27 2020-04-17 浙江大学 一种荧光分子定向定位方法和装置
CN210359798U (zh) * 2019-06-26 2020-04-21 帝尔激光科技(无锡)有限公司 可独立控制的激光分时分光系统和激光加工系统

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1588005A (zh) * 2004-09-10 2005-03-02 上海理工大学 生物芯片时分复用多荧光同时检测方法及装置
CN103042305A (zh) * 2012-12-25 2013-04-17 武汉帝尔激光科技有限公司 分时分光系统
JP2016516219A (ja) * 2013-03-22 2016-06-02 フォンダツィオーネ・イスティトゥート・イタリアーノ・ディ・テクノロジャＦｏｎｄａｚｉｏｎｅ Ｉｓｔｉｔｕｔｏ Ｉｔａｌｉａｎｏ Ｄｉ Ｔｅｃｎｏｌｏｇｉａ ランダムアクセス誘導放出抑制（ｓｔｅｄ）顕微鏡
CN103926225A (zh) * 2014-03-28 2014-07-16 浙江大学 一种基于倏逝波照明的荧光发射微分显微方法及装置
CN105973853A (zh) * 2016-05-10 2016-09-28 浙江大学 一种基于双模式竞争激发的超分辨显微方法和装置
CN107941763A (zh) * 2017-10-27 2018-04-20 浙江大学 一种共轴三维受激辐射损耗超分辨显微成像方法和装置
CN108802988A (zh) * 2018-06-07 2018-11-13 上海大学 超分辨光学显微成像系统及其调节方法
CN109632756A (zh) * 2019-01-18 2019-04-16 浙江大学 一种基于并行光斑扫描的实时荧光辐射微分超分辨显微方法与装置
CN210359798U (zh) * 2019-06-26 2020-04-21 帝尔激光科技(无锡)有限公司 可独立控制的激光分时分光系统和激光加工系统
CN110632045A (zh) * 2019-09-10 2019-12-31 之江实验室 一种产生并行超分辨焦斑的方法和装置
CN110907415A (zh) * 2019-11-01 2020-03-24 浙江大学 一种基于并行探测的三维亚十纳米定位方法及装置
CN110907414A (zh) * 2019-11-01 2020-03-24 浙江大学 一种基于并行探测的二维亚十纳米定位方法及装置
CN111024658A (zh) * 2019-11-27 2020-04-17 浙江大学 一种荧光分子定向定位方法和装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李雨竹 等: "基于单分子定位成像技术的研究及展望", 《激光与光电子学进展》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113189846A (zh) * 2021-04-12 2021-07-30 之江实验室 一种基于光场调控的双路并行超分辨激光直写装置
CN113189846B (zh) * 2021-04-12 2023-07-18 之江实验室 一种基于光场调控的双路并行超分辨激光直写装置
CN114216887A (zh) * 2021-12-02 2022-03-22 南昌大学 偏振调制提高受激发射损耗显微系统分辨率的方法
CN114216887B (zh) * 2021-12-02 2023-11-28 南昌大学 偏振调制提高受激发射损耗显微系统分辨率的方法
WO2024087615A1 (zh) * 2022-10-29 2024-05-02 深圳大学 一种荧光发射比率三维超分辨成像方法

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