CN113740307A - 一种多模态非线性显微成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多模态非线性显微成像系统，包括信号采集装置及成像处理终端，信号采集装置包括：激发光路模块，用于在不同时间上排列激发不同非线性模态的激光；样品承载片，用于承载样品；聚焦模块，用于将激发光路模块的激光聚焦到样品承载片上的样品；透射光处理模块，用于处理激发光路透过样品的透射光，探测受激拉曼信号；反射光处理模块，用于探测样品承载片上的样品经激发光路产生的反射光，得到探测结果。

Description

一种多模态非线性显微成像系统

技术领域

本发明涉及光学显微成像领域，尤其涉及一种多模态非线性显微成像系统。

背景技术

非线性光学成像技术，主要包括二次谐波、三次谐波、双光子激发荧光、三光子激发荧光和相干拉曼散射等，已经成为研究复杂生化过程的有力工具。作为一种检测生物组织微环境的成像手段，荧光寿命显微成像提供了另一维度信息用于生物医学研究。

由于各类非线性光学成像技术需要不同的激发条件，相干拉曼显微成像需采用窄线宽皮秒激光和光学参量振荡器激光源以获得好的光谱分辨率，而皮秒光源导致双光子激发荧光和谐波成像的低激发效率，导致差的成像信噪比与对比度，进一步影响成像分辨率。

对于双光子荧光寿命显微成像而言，低的激发效率使得光子累积速度较慢，从而导致严重的光漂白与光损伤，严重影响荧光寿命测量的准确度。此外，相干拉曼显微成像和荧光寿命显微成像技术都需要多幅扫描成像已获得拉曼光谱和荧光寿命衰减曲线。由于激发条件与图像采集同步问题，尚未实现相干拉曼、双光子等非线性成像与荧光寿命成像的同步采集和显微成像。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种多模态非线性显微成像系统，旨在解决现有技术中未实现相干拉曼、双光子等非线性成像与荧光寿命成像的同步采集和显微成像的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种多模态非线性显微成像系统，包括信号采集装置及成像处理终端，所述信号采集装置包括：激发光路模块，用于在不同时间上排列激发不同非线性模态的激光；样品承载片，用于承载样品；聚焦模块，用于将所述激发光路模块激发的激光聚焦到所述样品承载片上的样品；透射光处理模块，用于处理所述激光光路透过所述样品承载片的透射光，探测受激拉曼信号；反射光处理模块，用于探测所述样品承载片上的样品经所述激发光路生成的反射光，得到探测结果。

其中，所述激发光路模块包括：飞秒激光器，用于产生至少两束飞秒级的激光；第一半波片，用于改变一束飞秒激光器产生激光的线偏振角度；第一偏振分束器，用于将穿过所述第一半波片的激光分为两束，并结合第一半波片调节激光功率；第二半波片，用于改变另一束飞秒激光器产生激光的线偏振角度；第二偏振分束器，用于结合第二半波片调节穿过所述第二半波片的激光功率；第一时间延迟单元，用于调节第一偏振分束器分出的一束激光光路的光程；第一玻璃棒，用于将所述第一偏振分束器分出的另一束激光啁啾展宽为皮秒光束；第二玻璃棒，用于将穿过所述第二偏振分束器的一束激光啁啾展宽为皮秒光束；第三偏振分束器，用于将穿过所述第一玻璃棒的激光和穿过第一时间延迟单元的激光进行偏振耦合；第二时间延迟单元，用于调节第三偏振分束器耦合的激光光路的光程，以实现拉曼频移光谱扫描；电光调制器，用于根据调制信号，对穿过第二玻璃棒的激光进行强度调制；第一二向色镜，用于将经过所述第二时间延迟单元的激光和所述电光调制器调制的激光耦合成一束，并传输至所述聚焦模块。

其中，第一时间延迟单元包括：第一反射镜及第二反射镜，且对称放置在位移台上；第一反射镜用于将第一偏振分束器分出的一束激光反射至所述第二反射镜；第二反射镜，用于将所述第一反射镜反射的激光，反射至所述第三偏振分束器；第二时间延迟单元包括：第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜和第六反射镜，均用于反射激光，第四反射镜和第五反射镜对称放置在位移台上，所述第三偏振分束器耦合的激光依次经过所述第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜和第六反射镜，传输至所述第一二向色镜。

其中，所述聚焦模块包括：扫描振镜、扫描透镜、套筒透镜及物镜；所述激发光路模块激发的激光依次经过所述扫描振镜、扫描透镜、套筒透镜及物镜聚焦到所述样品承载片上的样品。

其中，所述透射光处理模块包括：聚光镜、第一透镜、第三滤光片、光电二极管及锁相放大器；所述透射光依次经过所述聚光镜、第一透镜及滤光片，被所述光电二极管探测，生成第一光电信号，所述锁相放大器用于将所述第一光电信号解调，生成受激拉曼信号。

其中，所述物镜还用于收集反射光；所述反射光处理模块包括：第二透镜、分束镜、第一滤光片、第二滤光片、多波长分光模块、多通道光电倍增管、时间相关单光子计数模块、第二二向色镜、第三二向色镜、光电倍增管；所述第二二向色镜设置于所述套筒透镜和所述物镜之间，用于反射激发光路经样品产生的非线性信号至所述第二透镜，并透射激发光避免其到达所述第二透镜；所述第二透镜用于聚焦所述第二二向色镜反射的反射光；所述分束镜用于将第二透镜聚焦的反射光进行分束，一束传输至第一滤光片，另一束传输至所述第三二向色镜；所述多波长分光模块用于将经过所述第一滤光片的反射光进行荧光光学色散，实现不同波长在空间上的分布；所述多通道光电倍增管用于探测透过所述多波长分光模块的反射光的不同波段的荧光信号；所述时间相关单光子计数模块用于对所述荧光信号进行光子计数，以实现多波长荧光寿命探测；所述光电倍增管用于将传输至第三二向色镜，且经过所述第二滤光片的反射光进行谐波信号的探测。

其中，所述系统还包括：采集卡；所述采集卡用于控制所述聚焦模块的扫描振镜与所述透射光处理模块的锁相放大器输出信号和PMT输出信号的采集，并实现扫描振镜的扫描与采集卡的采集同步，且同步输出扫描信号的像素脉冲、行脉冲与帧脉冲，并将所述像素脉冲、行脉冲与帧脉冲的三路脉冲传输至所述反射光处理模块的时间相关单光子计数模块，以实现荧光寿命信号采集与扫描的同步；且在受激拉曼成像过程中控制所述激发光路模块的第二时间延迟单元实现光谱扫描。

其中，所述多波长分光模块与所述多通道光电倍增管的通道数为1-16，以实现1-16个波段的荧光寿命探测。

其中，所述激发光路模块中激光器至少同时输出两束激光，脉宽均为100fs，一束激光的波长为1040nm，传输至所述第二半波片，另一束激光的波长为680–1300nm，传输至所述第一半波片。

其中，所述扫描振镜包括：X方向的共振镜和Y方向的检流计，或者，X方向的第一检流计和Y方向的第二检流计。

发明提供一种多模态非线性显微成像系统，有益效果在于：能够利用激发光路模块，在不同时间上排列激发不同非线性模态的激光，在各种成像模态采集过程同步的情况下，能够同时实现多模态显微成像，从而准确获得样品的多维度、多参量信息，且极大的提高成像速度。

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为本申请实施例多模态非线性显微成像系统的结构示意框图；

图2为本申请实施例多模态非线性显微成像系统的结构示意图。

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。

请参阅图1，为一种多模态非线性显微成像系统，包括：信号采集装置及成像处理终端31，信号采集装置用于采集成像信号，处理终端31用于根据成像信号进行成像。

信号采集装置包括：激发光路模块101、样品承载片36、聚焦模块102、透射光处理模块103和反射光处理模块104；激发光路模块101用于在不同时间上排列激发不同非线性模态的激光；样品承载片36用于承载样品；聚焦模块102用于将激发光路模块101激发的激光聚焦到样品承载片36上的样品；透射光处理模块103用于处理激光光路透过样品承载片36的透射光，探测受激拉曼信号；反射光处理模块104用于探测样品承载片36上的样品经激发光路产生的反射光，得到探测结果。

在本实施例中，透射光处理模块103和反射光处理模块104与处理终端31电性连接，处理终端31根据透射光处理模块103探测的受激拉曼信号和反射光处理模块104得到的探测结果，进行图像重构。

本实施例提供的多模态非线性显微成像系统，能够利用激发光路模块101，在不同时间上排列激发不同非线性模态的激光，在各种成像模态采集过程同步的情况下，能够同时实现多模态显微成像，从而准确获得样品的多维度、多参量信息，且极大的提高成像速度。

在本实施例中，本申请中描述的终端可以包括诸如手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、个人数字助理(Personal Digital Assistant，简称PDA)、便捷式媒体播放器(Portable Media Player，简称PMP)、导航装置、可穿戴设备、智能手环等移动终端，以及诸如数字TV、台式计算机等固定终端。

在一个实施例中，激发光路模块101包括：飞秒激光器1、第一半波片2、第一偏振分束器4、第二半波片3、第二偏振分束器5、第一时间延迟单元8、第一玻璃棒6、第二玻璃棒7、第三偏振分束器9、第二时间延迟单元10、电光调制器11和第一二向色镜12。

其中，飞秒激光器1用于产生至少两束飞秒级的激光；第一半波片2用于改变一束飞秒激光器1产生激光的线偏振角度；第一偏振分束器4用于将穿过第一半波片2的激光分为两束，并结合第一半波片2调节激光功率；第二半波片3用于改变另一束飞秒激光器1产生激光的线偏振角度；第二偏振分束器5用于结合第二半波片3调节穿过第二半波片3的激光功率；第一时间延迟单元8用于调节第一偏振分束器4分出的一束激光光路的光程；第一玻璃棒6用于将第一偏振分束器4分出的另一束激光啁啾展宽为皮秒光束；第二玻璃棒7用于将穿过第二偏振分束器5的一束激光啁啾展宽为皮秒光束；第三偏振分束器9用于将穿过第一玻璃棒6的激光和穿过第一时间延迟单元8的激光进行偏振耦合；第二时间延迟单元10用于调节第三偏振分束器9耦合的激光光路的光程，以实现拉曼频移光谱扫描；电光调制器11用于根据调制信号，对穿过第二玻璃棒7的激光进行强度调制；第一二向色镜12用于将经过第二时间延迟单元10的激光和电光调制器11调制的激光耦合成一束，并传输至聚焦模块102。

在本实施例中，飞秒激光器1同步输出两路飞秒脉冲型激光后，第一半波片2和第二半波片3分别改变激光的线偏振角度，然后两路激光再分别经过第一偏振分束器4和第二偏振分束器5调节功率，其中，经过第一偏振分束器4的激光被分为两束，被分为两束的激光，均为飞秒级激光，一束经过第一时间延迟单元8，再经过第二时间延迟单元10，以调节该束激光的传播时间，另一束经过第一玻璃棒6，被啁啾展宽为皮秒级的激光，两束激光在第三偏振分束器9处汇合，并被第三偏振分束器9耦合为一束激光；经过第二偏振分束器5的激光，再经过第二玻璃棒7，被啁啾展宽为皮秒级的激光，再经过电光调制器11，进行激发光的强度调制；经过第三偏振分束器9和电光调制器11后的像素脉冲、行脉冲与帧脉冲的三路激光在第一二向色镜12处汇合，并被第一二向色镜12耦合成一束激光后，传输至聚焦模块102。

其中，第二玻璃棒7将飞秒级的激光啁啾展宽为皮秒级的激光时，其皮秒脉冲宽度取决于玻璃棒的长度和玻璃棒的色散系数，且可采用光栅对、棱镜对、光纤等实现飞秒脉冲的线性啁啾，在不同情况下，可更换玻璃棒以对激光进行不同的线性啁啾。

在本实施例中，多模态非线性显微成像系统还包括信号发生器24，信号发生器24与电光调制器11电连接，用于产生调制信号，并将调制信号传输至电光调制器11；电光调制器11用于斯托克斯光的强度调制，其调制信号通过信号发生器24产生，调制频率为20MHz，经过电压放大器放大以获得较大调制深度；另外，电光调制器11前设置有半波片和四分之一波片，半波片用于改变线偏振光与光轴夹角为45°，经四分之一波片后为圆偏振光，以减小所需调制信号电压幅值。

在一个实施例中，第一时间延迟单元8包括：第一反射镜及第二反射镜,；第一反射镜用于将第一偏振分束器4分出的一束激光反射至第二反射镜；第二反射镜，用于将第一反射镜反射的激光，反射至第三偏振分束器9。

第一反射镜及第二反射镜对称放置于位移台上，通过第一反射镜及第二反射镜，能够调节激光的光程，从而调节激光的传输时间。

第二时间延迟单元10包括：第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜和第六反射镜，均用于反射激光，第四反射镜和第五反射镜对称放置于位移台上，第一时间延迟单元8反射的激光依次经过第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜和第六反射镜，传输至第一二向色镜12。

在本实施例中，第二时间延迟单元10与第一时间延迟单元8的原理相同，也是用了两个反射镜，调节了激光的光程，从而调节激光的传输时间；其中，第一时间延迟单元8和第二时间延迟单元10的两个反射镜可以调节位置，从而增加或减少第一时间延迟单元8或第二时间延迟单元10的激光光路长度，调节激光的传输时间。

在一个实施例中，聚焦模块102包括：扫描振镜13、扫描透镜14、套筒透镜15及物镜17；激发光路模块101激发的激光依次经过扫描振镜13、扫描透镜14、套筒透镜15及物镜17聚焦到样品承载片36上的样品。

在飞秒激光器1同步输出的两路激光分别经过第三偏振分束器9和电光调制器11后，两路激光在第一二向色镜12处汇合，并被第一二向色镜12耦合成一束激光后，传输至扫描振镜13，再经过扫描透镜14、套筒透镜15及物镜17，将激光聚焦到承载片承载的样品上，在激光聚焦的过程中，扫描透镜14和套筒透镜15对激光进行扩束，使其大小等于物镜17的入瞳面大小，随后激光的一部分，即透射光穿过样品和承载片，激光及样品经激发光束的非线性信号的后向散射被反射，即反射光被样品反射至物镜17。

在一个实施例中，透射光处理模块103包括：聚光镜18、第一透镜20、第三滤光片21、光电二极管22及锁相放大器23；透射光依次经过聚光镜18、第一透镜20及滤光片，被光电二极管22探测，生成第一光电信号，锁相放大器23用于将第一光电信号解调，生成受激拉曼信号。

在本实施例中，在激光照射到承载片乘载的样品上后，透射光经过聚光镜18、第一透镜20和第三滤光片21后，由光电二极管22探测，经锁相放大器23解调获得受激拉曼信号，在此过程中，聚光镜18将经过样品的前向散射信号进行收集，第一透镜20将探测光束聚焦至探测器感光面，第三滤光片21用于滤除探测光之外的其他光束，光电二极管22实现光束的探测，锁相放大器23实现拉曼信号的解调。

聚光镜18收集经过样品的前向散射信号时，该聚光镜18的数值孔径大于或等于激发物镜17的数值孔径；聚光镜18后的出射光斑较大，第一透镜20将其聚焦至探测器感光面，所述第一透镜20为大尺寸透镜，也可增加第一透镜20数量以提高光斑聚焦效果；在第一透镜20与探测器之间采用高OD的滤光片以滤除掉调制光束，可增加滤光片数量来减小调制光束的透过率。

在一个实施例中，物镜17还用于收集反射光；反射光处理模块104包括：第二透镜25、分束镜32、第一滤光片26、第二滤光片34、多波长分光模块27、多通道光电倍增管28、时间相关单光子计数模块29、第二二向色镜16、第三二向色镜33、光电倍增管35。

其中，第二二向色镜16设置于套筒透镜15和物镜17之间，用于反射激发光经样品产生的非线性信号至第二透镜25，并透射激发光避免其到达第二透镜25；第二透镜25用于聚焦第二二向色镜16反射的反射光；分束镜32用于将第二透镜25聚焦的反射光进行分束，一束传输至第一滤光片26，另一束传输至第三二向色镜33；多波长分光模块27用于将经过第一滤光片26的反射光进行荧光光学色散，实现不同波长在空间上的分布；多通道光电倍增管28用于探测透过多波长分光模块27的反射光的不同波段的荧光信号；时间相关单光子计数模块29用于对荧光信号进行光子计数，以实现多波长荧光寿命探测；光电倍增管35用于将传输至第三二向色镜33，且经过第二滤光片34的反射光进行谐波信号的探测。

在本实施例中，反射光由物镜17收集，反射光内的荧光信号经过第二二向色镜16后，经过透镜被聚焦，再经过分束镜32分束，在本实施例中将反射光分成两束，一束反射光经过第一滤光片26后到达多波长分光模块27，被多通道光电倍增管28探测到，时间相关单光子计数模块29则对探测到的反射光中，实现荧光寿命的探测；另一束反射光经过第三二向色镜33，以对荧光信号不同波段分束，再经过第二滤光片34后由光电倍增管35探测，进行谐波信号的探测。

在本实施例中，时间相关单光子计数模块29(Time-Correlated Single PhotonCounting，TCSPC)能够实现荧光寿命测定，可更换不同的第一滤光片26及第二滤光片34实现双光子、二次谐波、想干反斯托克斯等成像，第二二向色镜16进行分束时，透射长波长的激发光，反射短波长的荧光信号。

在一个实施例中，所述多波长分光模块27与所述多通道光电倍增管28的通道数为1-16，以实现1-16个波段的荧光寿命探测。

在本实施例中，多波长分光模块27集合多通道光电倍增管28可以进行16个波段的荧光寿命探测；改变多波长分光模块27和多通道光电倍增管28的通道数，可实现不同1-16个波段的荧光寿命探测，每一个通道，均能实现一个波段的荧光寿命探测。

在其他实施例中，在第二二向色镜16之前，还可以设置有至少一组二向色镜、滤光片和光电倍增管的组合，用于荧光信号不同波段分束，也可实现二次谐波、三次谐波、相干反斯托克斯等成像。

因此本实施例提供的多模态非线性显微成像系统的成像，包括但不限于受激拉曼显微成像、双光子激发荧光、二次谐波等非线性成像。

在一个实施例中，系统还包括：采集卡30；采集卡30用于控制聚焦模块102的扫描振镜13与透射光处理模块103的锁相放大器23输出信号和PMT输出信号的采集，并实现扫描振镜13的扫描与采集卡30的采集同步，且同步输出扫描信号的像素脉冲、行脉冲与帧脉冲，并将像素脉冲、行脉冲与帧脉冲的三路脉冲传输至反射光处理模块104的时间相关单光子计数模块29，以实现荧光寿命信号采集与扫描的同步；且在受激拉曼成像过程中控制激发光路模块101的第二时间延迟单元10实现光谱扫描。

在本实施例中，在采集卡30与扫描振镜13同步触发时，能够实现荧光寿命信号采集与扫描的同步，从而实现多光谱荧光寿命的探测。

在一个实施例中，激发光路模块101飞秒激光器1至少同步输出两束激光，脉宽均为100fs，一束激光的波长为1040nm，传输至第二半波片3，另一束激光的波长为680–1300nm，传输至第一半波片2。

在本实施例中，激发光路模块101激发的激光，一束为斯托克斯光(Stokes)，波长1040nm，另一束为泵浦光(Pump)，波长为680–1300nm。

在一个实施例中，扫描振镜13包括：X方向的共振镜和Y方向的检流计，或者，X方向的第一检流计和Y方向的第二检流计。

本实施例中的扫描振镜13，能够实现X方向和Y方向的点扫描，且扫描振镜13和套筒透镜15构建了一个远心透镜系统，可以在样品平面产生在整个视场内几乎恒定的光斑尺寸，因此在样品扫描区域内图像的分辨率也几乎恒定；该远心透镜系统也可采用宽带消色差透镜组实现。

在本申请的所有实施例中，为了便于激光的传输，均能够使用反射镜来改变激光的方向。

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多模态非线性显微成像系统的描述，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 (10)

1.一种多模态非线性显微成像系统，包括信号采集装置及成像处理终端，其特征在于，所述信号采集装置包括：

激发光路模块，用于在不同时间上排列激发不同非线性模态的激光；

样品承载片，用于承载样品；

聚焦模块，用于将所述激发光路模块激发的激光聚焦到所述样品承载片上的样品；

透射光处理模块，用于处理所述激发光路透过所述样品承载片的透射光，探测受激拉曼信号；

反射光处理模块，用于探测所述样品承载片上的样品经所述激发光路产生的反射光，得到探测结果。

2.根据权利要求1所述的多模态非线性显微成像系统，其特征在于，

所述激发光路模块包括：

飞秒激光器，用于产生至少两束飞秒级的激光；

第一半波片，用于改变一束飞秒激光器产生激光的线偏振角度；

第一偏振分束器，用于将穿过所述第一半波片的激光分为两束，并结合第一半波片调节激光功率；

第二半波片，用于改变另一束飞秒激光器产生激光的线偏振角度；

第二偏振分束器，用于结合第二半波片调节穿过所述第二半波片的激光功率；

第一时间延迟单元，用于调节第一偏振分束器分出的一束激光光路的光程；

第一玻璃棒，用于将所述第一偏振分束器分出的另一束激光啁啾展宽为皮秒光束；

第二玻璃棒，用于将穿过所述第二偏振分束器的一束激光啁啾展宽为皮秒光束；

第三偏振分束器，用于将穿过所述第一玻璃棒的激光和穿过第一时间延迟单元的激光进行偏振耦合；

第二时间延迟单元，用于调节第三偏振分束器耦合的激光光路的光程，以实现拉曼频移光谱扫描；

电光调制器，用于根据调制信号，对穿过第二玻璃棒的激光进行强度调制；

第一二向色镜，用于将经过所述第二时间延迟单元的激光和所述电光调制器调制的激光耦合成一束，并传输至所述聚焦模块。

3.根据权利要求2所述的多模态非线性显微成像系统，其特征在于，

第一时间延迟单元包括：第一反射镜及第二反射镜，且对称放置在位移台上；

第一反射镜用于将第一偏振分束器分出的一束激光反射至所述第二反射镜；

第二反射镜，用于将所述第一反射镜反射的激光，反射至所述第三偏振分束器；

第二时间延迟单元包括：第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜和第六反射镜，均用于反射激光，第四反射镜和第五反射镜对称放置在位移台上，所述第三偏振分束器耦合的激光依次经过所述第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜和第六反射镜，传输至所述第一二向色镜。

4.根据权利要求1所述的多模态非线性显微成像系统，其特征在于，

所述聚焦模块包括：扫描振镜、扫描透镜、套筒透镜及物镜；所述激发光路模块激发的激光依次经过所述扫描振镜、扫描透镜、套筒透镜及物镜聚焦到所述样品承载片上的样品。

5.根据权利要求1所述的多模态非线性显微成像系统，其特征在于，

所述透射光处理模块包括：聚光镜、第一透镜、第三滤光片、光电二极管及锁相放大器；所述透射光依次经过所述聚光镜、第一透镜及滤光片，被所述光电二极管探测，生成第一光电信号，所述锁相放大器用于将所述第一光电信号解调，生成受激拉曼信号。

6.根据权利要求4所述的多模态非线性显微成像系统，其特征在于，

所述物镜还用于收集反射光；

所述反射光处理模块包括：第二透镜、分束镜、第一滤光片、第二滤光片、多波长分光模块、多通道光电倍增管、时间相关单光子计数模块、第二二向色镜、第三二向色镜、光电倍增管；

所述第二二向色镜设置于所述套筒透镜和所述物镜之间，用于反射激发光路经样品产生的非线性信号至所述第二透镜，并透射激发光避免其到达所述第二透镜；

所述第二透镜用于聚焦所述第二二向色镜反射的反射光；

所述分束镜用于将第二透镜聚焦的反射光进行分束，一束传输至第一滤光片，另一束传输至所述第三二向色镜；

所述多波长分光模块用于将经过所述第一滤光片的反射光进行荧光光学色散，实现不同波长在空间上的分布；

所述多通道光电倍增管用于探测透过所述多波长分光模块的反射光的不同波段的荧光信号；

所述时间相关单光子计数模块用于对所述荧光信号进行光子计数，以实现多波长荧光寿命探测；

所述光电倍增管用于将传输至第三二向色镜，且经过所述第二滤光片的反射光进行谐波信号的探测。

7.根据权利要求1所述的多模态非线性显微成像系统，其特征在于，

所述系统还包括：采集卡；

所述采集卡用于控制所述聚焦模块的扫描振镜与所述透射光处理模块的锁相放大器输出信号和PMT输出信号的采集，并实现扫描振镜的扫描与采集卡的采集同步，且同步输出扫描信号的像素脉冲、行脉冲与帧脉冲，并将所述像素脉冲、行脉冲与帧脉冲的三路脉冲传输至所述反射光处理模块的时间相关单光子计数模块，以实现荧光寿命信号采集与扫描的同步；且在受激拉曼成像过程中控制所述激发光路模块的第二时间延迟单元实现光谱扫描。

8.根据权利要求6所述的多模态非线性显微成像系统，其特征在于，

所述多波长分光模块与所述多通道光电倍增管的通道数为1-16，以实现1-16个波段的荧光寿命探测。

9.根据权利要求2所述的多模态非线性显微成像系统，其特征在于，

所述激发光路模块激光器至少同时输出两束激发光，脉宽均为100fs，一束激光的波长为1040nm，传输至所述第二半波片，另一束激光的波长为680–1300nm，传输至所述第一半波片。

10.根据权利要求2所述的多模态非线性显微成像系统，其特征在于，

所述扫描振镜包括：X方向的共振镜和Y方向的检流计，或者，X方向的第一检流计和Y方向的第二检流计。

Images