CN117991491A - 基于色散双螺旋点扩散函数超构透镜显微成像方法及装置 - Google Patents

基于色散双螺旋点扩散函数超构透镜显微成像方法及装置 Download PDF

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Abstract

基于色散双螺旋点扩散函数超构透镜显微成像方法及装置，它涉及一种显微成像方法及装置。本发明为了解决空间光调制器成像质量差、不利于集成且成本较高的问题。本发明所述基于色散双螺旋点扩散函数超构透镜显微成像系统包括白光光源、滤波片、准直透镜、偏振片、四分之一波片、会聚透镜、样品载物台、超构透镜、显微物镜、右旋圆偏振片、管镜和CMOS相机；白光光源、滤波片、准直透镜、偏振片、四分之一波片和会聚透镜由左至右依次设置在样品载物台的一侧，超构透镜、显微物镜、右旋圆偏振片、管镜和CMOS相机由左至右依次设置在样品载物台的右侧。本发明属于光学显微成像与光学操控技术领域。

Description

基于色散双螺旋点扩散函数超构透镜显微成像方法及装置
技术领域
本发明涉及一种显微成像方法及装置，属于光学显微成像与光学操控技术领域。
背景技术
点扩散函数描述了成像系统对于点源或者点对象的响应，三维点扩散函数将深度信息编码在探测图像的不同形貌特征中，利用已知的点扩散函数信息还原二维像平面上每个横向位置所对应的轴向信息。目前现有的三维点扩散函数调制方法主要是对光瞳函数的振幅透过率与相位透过率进行设计，在系统的出瞳平面处引入对应的振幅、相位调制，便可以实现对系统点扩散函数的调节。光场的调控通常由传统的光场调控元件来实现，包括振幅/相位掩膜版、空间光调制器、变形镜以及数字微镜器件等等，其中最常用的是空间光调制器，其相位结构的量化等级分布以及调控单元的结构特征决定了零级衍射光斑的存在，零级衍射光斑往往占据了很大一部分的能量，并且经常与调制后的有效图像混叠，使得显示的图像变得昏暗、模糊，严重降低成像质量。此外，空间光调制器体积较大，使得三维成像光学系统无法集成。
为了解决空间光调制器成像质量差、不利于集成且成本较高的问题，引入了超构表面的思想，超构表面的亚波长结构能够与入射的电磁场相互作用，从而在表面引入光学参量的突变，实现自然界材料所不具备的超常特性，利用超构表面高度集成化的特性，将透镜相位集成在双螺旋点扩散函数的调制中，改善了传统基于空间光调制器的三维成像光学系统存在零级高级衍射且难以集成的问题，使元件体积大幅缩小，同时利用超构表面对光场任意调控的特性，使不同波长的双螺旋光斑聚集在不同轴向位置实现多周期衔接，在精度保持不变的同时实现轴向探测深度的扩展。此外，可兼容半导体加工工艺的超构表面在大规模生产时，成本远远低于由控制器、液晶面板和通信模块等部分组成的空间光调制器，导致整个系统成本大幅下降，增加其实用性。
发明内容
本发明为解决空间光调制器成像质量差、不利于集成且成本较高的问题，进而提出一种基于色散双螺旋点扩散函数超构透镜显微成像方法及装置。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明所述基于色散双螺旋点扩散函数超构透镜显微成像方法的步骤包括：
S100、通过FDTD仿真手段设计并加工色散双螺旋点扩散函数超构透镜；
S200、搭建以超构透镜为核心进行色散双螺旋点扩散函数调制的光学系统，通过超构透镜对待测分子成像，在不同入射波长下，获得双螺旋图像
S300、通过双螺旋图像中双螺旋光斑的中点确定待测分子的横向位置，两光斑中心连线的夹角确定待测分子的轴向位置。
进一步的，所述超构透镜根据双螺旋点扩散函数相位和透镜相位分布，通过几何相位的排布方法，周期性排布基本单元结构形成完整的超构透镜。
本发明所述基于色散双螺旋点扩散函数超构透镜显微成像系统包括白光光源、滤波片、准直透镜、偏振片、四分之一波片、会聚透镜、样品载物台、超构透镜、显微物镜、右旋圆偏振片、管镜和CMOS相机；
白光光源、滤波片、准直透镜、偏振片、四分之一波片和会聚透镜由左至右依次设置在样品载物台的一侧，超构透镜、显微物镜、右旋圆偏振片、管镜和CMOS相机由左至右依次设置在样品载物台的右侧。
本发明所述基于色散双螺旋点扩散函数超构透镜显微成像方法的步骤包括：
步骤1、沿光束传播方向布置的白光光源发出非相干性光，通过滤波片产生所需各个波长光束，经过准直透镜形成平行光，准直光经过偏振片和四分之一波片，通过调节四分之一波片产生左旋圆偏振光入射，经由会聚透镜会聚于待检样品，样品搭载在样品载物台上；
步骤2、透过样品的光，经过超构透镜，实现色散双螺旋点扩散函数调制，调制后的像经过显微物镜和管镜组成的显微系统进行二次成像，被CMOS相机收集；
步骤3、对采集的双螺旋点扩散函数调制图像进行解算，通过双螺旋图像中双螺旋光斑的中点确定待测分子的横向位置，两光斑中心连线的夹角确定待测分子的轴向位置。
本发明所述基于色散双螺旋点扩散函数超构透镜显微成像系统包括白光光源、滤波片、准直透镜、偏振片、四分之一波片、会聚透镜、半反半透镜、第一显微物镜、样品载物台、第一管镜、超构透镜、第二显微物镜、右旋圆偏振片、第二管镜和CMOS相机；
白光光源、滤波片、准直透镜、偏振片、四分之一波片和会聚透镜由左至右依次设置在半反半透镜的一侧，样品载物台、第一显微物镜由上至下依次设置在半反半透镜的上方，第一管镜、超构透镜、第二显微物镜、右旋圆偏振片、第二管镜和CMOS相机由上至下依次设置在半反半透镜的下方。
本发明所述基于色散双螺旋点扩散函数超构透镜显微成像方法的步骤包括：
步骤1、沿光束传播方向布置的白光光源发出非相干性光，通过滤波片产生所需各个波长光束，经过准直透镜形成平行光，准直光经过偏振片和四分之一波片，通过调节四分之一波片产生左旋圆偏振光入射，经由会聚透镜会聚在第一显微物镜后焦平面上，第一显微物镜具有和样品载物台上样品待分辨的细节尺寸匹配的数值孔径，能够将半反半透镜处理的光束均匀投射在待检样品上；
步骤2、第一显微物镜将经过所述待测样品反射的光收集，透过半反半透镜后由第一管镜聚焦，聚焦光经过超构透镜实现色散双螺旋点扩散函数调制，调制后的像经过第二显微物镜和第二管镜组成的显微系统进行二次成像，被CMOS相机收集；
步骤3、对采集的双螺旋点扩散函数调制图像进行解算，通过双螺旋图像中双螺旋光斑的中点确定待测分子的横向位置，两光斑中心连线的夹角确定待测分子的轴向位置。
本发明的有益效果是：本发明基于色散双螺旋点扩散函数超构透镜的三维显微成像方法和系统，具有易于集成、无零级衍射光斑、成像深度广的优点。结合超构表面的集成特性，将具有色散调制的透镜相位与双螺旋点扩散函数相位叠加，进一步提高了集成度，色散的存在改变不同入射波长轴向焦点位置，实现多周期衔接极大提高系统的成像范围，进而，能够替代传统的点扩散函数中与空间光调制器与4f系统结合的设置，同时克服了空间光调制器存在零级衍射光斑影响成像质量、体积较大不易集成的缺点。通过色散双螺旋点扩散函数超构透镜的应用，能够将样本的三维信息编码在双螺旋光斑两个主瓣的旋转角度上，通过对采集到的二维强度信息进行解算，在获得成像平面二维形貌分布的同时也可以获得三维的深度信息。
附图说明
图1是本发明提供的基于色散双螺旋点扩散函数超构透镜的三维显微成像方法和系统的流程图；
图2是本发明提供的基于色散双螺旋点扩散函数超构透镜的透射式三维显微成像方法和系统的结构示意图；
图3是本发明提供的基于色散双螺旋点扩散函数超构透镜的反射式三维显微成像方法和系统的结构示意图；
图4是本发明中超构透镜的长方体单元结构；
图5是本发明中超构透镜的相位分布和振幅分布；
图6是本发明中不同数值孔径的超构透镜仿真结果；
图7是本发明中超构透镜D＝400μm，f＝800μm，NA＝0.2425情况下不同波长的聚焦效果；
图8是本发明中不同波长下系统轴向测量范围示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述基于色散双螺旋点扩散函数超构透镜显微成像方法的步骤包括：
S100、通过FDTD仿真手段设计并加工色散双螺旋点扩散函数超构透镜；
S200、搭建以超构透镜为核心进行色散双螺旋点扩散函数调制的光学系统，通过超构透镜对待测分子成像，在不同入射波长下，获得双螺旋图像
S300、通过双螺旋图像中双螺旋光斑的中点确定待测分子的横向位置，两光斑中心连线的夹角确定待测分子的轴向位置。
本实施方式中步骤S100具体包括：
S101、优化超构表面的材料，形状、几何参数等，利用电磁仿真软件CST中基于有限元法的频域计算模块进行仿真运算，在单元结构周期和纳米棒高度一定的情况下，通过改变纳米棒长度和宽度，在适于加工的尺寸范围内寻找交叉极化透射率最大的长度和宽度，作为几何相位的单元结构；
S102、由透镜相位叠加双螺旋点扩散函数相位生成色散双螺旋超构透镜相位分布，色散双螺旋超构透镜相位分布由不同模式数的拉盖尔-高斯光束叠加得到，在光瞳平面，点扩散函数平面，拉盖尔-高斯模式平面分别采用优化条件进行约束，得到优化后的纯相位分布双螺旋点扩散函数，提高了能量利用率，改进后的双螺旋点扩散函数旋转响应只在特定区域出现，不仅避免了旁瓣损耗，且保证了函数在整个横截面内均具有旋转特性但在特定区域内近似不变；在此基础上叠加能够产生色散效果的透镜相位，通过调整透镜的数值孔径，可以得到具有不同工作距离和定位精度的色散双螺旋超构透镜相位；
S103、根据选取的单元结构，结合几何相位的相位分布，生成色散双螺旋超构透镜的加工文件；
S104、采用电子束光刻结合反应离子束刻蚀的方式，进行超构透镜的加工；
双螺旋点扩散函数是一种特殊的旋转光束，其聚焦光斑由两主瓣构成，并且两主瓣质心的夹角随着轴向的位置变化而变化，表现为主瓣的旋转，且旋转角度与轴向位置有着近似线性的关系，且能够保证在旋转过程中主瓣大小、主瓣间距和清晰度保持不变，基于这样的特性，可将该旋转光束用于三维位移的测量。双螺旋点扩散函数通过模式位于同一直线上的拉盖尔-高斯函数叠加而成，直线斜率与主瓣旋转速度有关；拉盖尔-高斯函数数学模型为：
为归一化径向坐标，/>为光斑的归一化半径，w0为束腰半径，/>为利用瑞利距离/>归一化的轴向坐标，l为入射光波长，式中：
Φm(φ)＝exp(imφ)
为古依相位，/>为拉盖尔多项式，n和m为拉盖尔-高斯模式数，双螺旋点扩散函数中，nm满足n＝|m|,|m|+2,|m|+4,|m|+6,....，选取拉盖尔-高斯模式(m,n)中的(1，1)，(3，5)，(5，9)，(7，13)，(9，17)进行等权重叠加，即可得到双螺旋点扩散函数的相位和强度。通过上述步骤产生的双螺旋点扩散函数相位分布光能利用率较低，采用三种平面约束，提高点扩散函数调制效率，尽可能消除旁瓣影响，分别是：(1)光瞳平面约束，去除振幅信息，只保留双螺旋点扩散函数的相位；(2)点扩散函数平面约束，在不同焦平面上引入主瓣能量分布有关的权重函数，使主瓣能量分布更加集中；(3)拉盖尔-高斯模式平面约束，将光场分解为不同(m,n)模式的奇函数的拉盖尔-高斯模式的线性叠加，乘以权重函数，保证点扩散函数具有旋转特性且旋转速率不变。优化后的双螺旋点扩散函数相位分布φDHPSF如图5a所示
所述透镜相位可表示为：
其中λ是入射光波长，x和y是平面内的位置坐标，f是透镜焦距；
透镜相位示意图如图5b所示；
利用超构表面的集成特性，将双螺旋点扩散函数相位分布与具有色散调制的透镜相位分布叠加，得到不同数值孔径的色散双螺旋点扩散函数超构透镜相位分布，可表示为：
φ＝φlens+φDHPSF
叠加后的色散双螺旋点扩散函数超构透镜相位分布如图5c所示；振幅型掩膜版对光有较高的吸收率，会导致大部分能量的损耗，因此只选择相位作为超构表面构建的依据，振幅固定为1，如图5d；生成的点扩散函数两个主瓣的大小、主瓣间距离以及图像模糊程度基本不变，且旋转速率保持不变，即双螺旋图像两主瓣中心的夹角与离焦量变化大致呈线性关系。
根据色散双螺旋点扩散函数超构透镜相位分布，利用几何相位的排布思想，使用前述选取的单元结构生成超构透镜。用FDTD算法对生成的超构透镜进行仿真运算，预测其色散聚焦特性以及点扩散函数的三维分布，仿真结果如图6；两主瓣的旋转速率取决于NA和系统的入射波长，与尺寸无关，无论是大数值孔径还是小数值孔径，均能在焦平面附近得到连续旋转的光斑，且旋转周期为π。数值孔径不同的超构透镜，旋转周期所对应的实际深度也不同，随着数值孔径的增大，其旋转周期也相应减小，对光场传播的仿真从另一方面论证了双螺旋点扩散函数相位分布与透镜相位分布叠加后所形成的双螺旋透镜的可行性。此外，通过改变所叠加透镜相位的数值孔径，可以对生成双螺旋光斑的深度范围进行调控，基于这一方法，从理论上能够实现任意深度和精度的三维定位。
色散双螺旋点扩散函数超构透镜具有色散特性，不同入射波长下轴向焦点发生改变，超构透镜D＝400μm，f＝800μm，NA＝0.2425情况不同波长下焦点位置聚焦成像效果如图7极大扩展系统成像范围。
不同波长下系统轴向测量范围如图8，不同波段的应用达到多周期衔接，具有拼接轴向深度的作用。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述基于色散双螺旋点扩散函数超构透镜显微成像方法的所述超构透镜根据双螺旋点扩散函数相位和透镜相位分布，通过几何相位的排布方法，周期性排布基本单元结构形成完整的超构透镜。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述所述基于色散双螺旋点扩散函数超构透镜显微成像系统包括白光光源1、滤波片2、准直透镜3、偏振片4、四分之一波片5、会聚透镜6、样品载物台7、超构透镜8、显微物镜9、右旋圆偏振片10、管镜11和CMOS相机12；
白光光源1、滤波片2、准直透镜3、偏振片4、四分之一波片5和会聚透镜6由左至右依次设置在样品载物台7的一侧，超构透镜8、显微物镜9、右旋圆偏振片10、管镜11和CMOS相机12由左至右依次设置在样品载物台7的右侧。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述所述基于色散双螺旋点扩散函数超构透镜显微成像方法的步骤包括：
步骤1、沿光束传播方向布置的白光光源1发出非相干性光，通过滤波片2产生所需各个波长光束，经过准直透镜3形成平行光，准直光经过偏振片4和四分之一波片5，通过调节四分之一波片5产生左旋圆偏振光入射，经由会聚透镜6会聚于待检样品，样品搭载在样品载物台7上；
步骤2、透过样品的光，经过超构透镜8，实现色散双螺旋点扩散函数调制，调制后的像经过显微物镜9和管镜11组成的显微系统进行二次成像，被CMOS相机12收集；
步骤3、对采集的双螺旋点扩散函数调制图像进行解算，通过双螺旋图像中双螺旋光斑的中点确定待测分子的横向位置，两光斑中心连线的夹角确定待测分子的轴向位置。
本实施方式中所述的沿光束传播方向布置的白光光源1、滤波片2、准直透镜3、偏振片4、四分之一波片5、会聚透镜6、样品载物台7、超构透镜8、显微物镜9、右旋圆偏振片10、管镜11和CMOS相机12位于同一竖直方向上，且超构透镜8、显微物镜9、管镜11在竖直方向上的中轴线重合。
沿光束传播方向布置的白光光源1波长可以是可见光波段400nm-650nm的任意波长，经过滤波片2出射所需波长的光，出射的光经过准直透镜3产生准直性较好的平行光束。
入射的平行光经过偏振片4和四分之一波片5产生左旋圆偏振光，适配几何相位超构透镜，超构透镜8后的右旋圆偏振片10用于消除与输入光有相同圆偏振态的输出光，尽量减轻入射光的串扰。
白光通过滤波片2产生各波长的光，聚焦在不同深度，产生色散，扩展系统成像深度。
总系统为二次成像系统，利用超构透镜进行一次成像，其物距、像距和每个波长下不同的超构透镜的焦距fλ满足高斯公式
利用显微物镜9进行二次成像，显微物镜9可选用商用物镜，与管镜11配套使用。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述基于色散双螺旋点扩散函数超构透镜显微成像系统包括白光光源1、滤波片2、准直透镜3、偏振片4、四分之一波片5、会聚透镜6、半反半透镜7、第一显微物镜8、样品载物台9、第一管镜10、超构透镜11、第二显微物镜12、右旋圆偏振片13、第二管镜14和CMOS相机15；
白光光源1、滤波片2、准直透镜3、偏振片4、四分之一波片5和会聚透镜6由左至右依次设置在半反半透镜7的一侧，样品载物台9、第一显微物镜8由上至下依次设置在半反半透镜7的上方，第一管镜10、超构透镜11、第二显微物镜12、右旋圆偏振片13、第二管镜14和CMOS相机15由上至下依次设置在半反半透镜7的下方。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述所述基于色散双螺旋点扩散函数超构透镜显微成像方法的步骤包括：
步骤1、沿光束传播方向布置的白光光源1发出非相干性光，通过滤波片2产生所需各个波长光束，经过准直透镜3形成平行光，准直光经过偏振片4和四分之一波片5，通过调节四分之一波片5产生左旋圆偏振光入射，经由会聚透镜6会聚在第一显微物镜8后焦平面上，第一显微物镜8具有和样品载物台9上样品待分辨的细节尺寸匹配的数值孔径，能够将半反半透镜7处理的光束均匀投射在待检样品上；
步骤2、第一显微物镜8将经过所述待测样品反射的光收集，透过半反半透镜7后由第一管镜10聚焦，聚焦光经过超构透镜11实现色散双螺旋点扩散函数调制，调制后的像经过第二显微物镜12和第二管镜14组成的显微系统进行二次成像，被CMOS相机15收集；
步骤3、对采集的双螺旋点扩散函数调制图像进行解算，通过双螺旋图像中双螺旋光斑的中点确定待测分子的横向位置，两光斑中心连线的夹角确定待测分子的轴向位置。
本实施方式中，沿光束传播方向布置的白光光源1波长可以是可见光波段(400nm-650nm)的任意波长，经过滤波片2出射所需波长的光，出射的光经过准直透镜3产生准直性较好的平行光束。
入射的平行光经过偏振片4和四分之一波片5产生左旋圆偏振光，适配几何相位超构透镜，超构透镜11后的右旋圆偏振片13用于消除与输入光有相同圆偏振态的输出光，尽量减轻入射光的串扰。
白光通过滤波片2产生各波长的光，聚焦在不同深度，产生色散，扩展系统成像深度。
总系统为二次成像系统，利用超构透镜进行一次成像，其物距、像距和每个波长下不同的超构透镜的焦距fλ满足高斯公式
利用显微物镜二12进行二次成像，显微物镜二12可选用商用物镜，与管镜二14配套使用。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于色散双螺旋点扩散函数超构透镜显微成像方法，其特征在于：所述基于色散双螺旋点扩散函数超构透镜显微成像方法的步骤包括：
S100、通过FDTD仿真手段设计并加工色散双螺旋点扩散函数超构透镜；
S200、搭建以超构透镜为核心进行色散双螺旋点扩散函数调制的光学系统，通过超构透镜对待测分子成像，在不同入射波长下，获得双螺旋图像
S300、通过双螺旋图像中双螺旋光斑的中点确定待测分子的横向位置，两光斑中心连线的夹角确定待测分子的轴向位置。
2.根据权利要求1所述的基于色散双螺旋点扩散函数超构透镜显微成像方法，其特征在于：所述超构透镜根据双螺旋点扩散函数相位和透镜相位分布，通过几何相位的排布方法，周期性排布基本单元结构形成完整的超构透镜。
3.基于色散双螺旋点扩散函数超构透镜显微成像系统，其特征在于：所述基于色散双螺旋点扩散函数超构透镜显微成像系统包括白光光源(1)、滤波片(2)、准直透镜(3)、偏振片(4)、四分之一波片(5)、会聚透镜(6)、样品载物台(7)、超构透镜(8)、显微物镜(9)、右旋圆偏振片(10)、管镜(11)和CMOS相机(12)；
白光光源(1)、滤波片(2)、准直透镜(3)、偏振片(4)、四分之一波片(5)和会聚透镜(6)由左至右依次设置在样品载物台(7)的一侧，超构透镜(8)、显微物镜(9)、右旋圆偏振片(10)、管镜(11)和CMOS相机(12)由左至右依次设置在样品载物台(7)的右侧。
4.一种利用权利要求3所述显微成像系统的显微成像方法，其特征在于：所述基于色散双螺旋点扩散函数超构透镜显微成像方法的步骤包括：
步骤1、沿光束传播方向布置的白光光源(1)发出非相干性光，通过滤波片(2)产生所需各个波长光束，经过准直透镜(3)形成平行光，准直光经过偏振片(4)和四分之一波片(5)，通过调节四分之一波片(5)产生左旋圆偏振光入射，经由会聚透镜(6)会聚于待检样品，样品搭载在样品载物台(7)上；
步骤2、透过样品的光，经过超构透镜(8)，实现色散双螺旋点扩散函数调制，调制后的像经过显微物镜(9)和管镜(11)组成的显微系统进行二次成像，被CMOS相机(12)收集；
步骤3、对采集的双螺旋点扩散函数调制图像进行解算，通过双螺旋图像中双螺旋光斑的中点确定待测分子的横向位置，两光斑中心连线的夹角确定待测分子的轴向位置。
5.基于色散双螺旋点扩散函数超构透镜显微成像系统，其特征在于：所述基于色散双螺旋点扩散函数超构透镜显微成像系统包括白光光源(1)、滤波片(2)、准直透镜(3)、偏振片(4)、四分之一波片(5)、会聚透镜(6)、半反半透镜(7)、第一显微物镜(8)、样品载物台(9)、第一管镜(10)、超构透镜(11)、第二显微物镜(12)、右旋圆偏振片(13)、第二管镜(14)和CMOS相机(15)；
白光光源(1)、滤波片(2)、准直透镜(3)、偏振片(4)、四分之一波片(5)和会聚透镜(6)由左至右依次设置在半反半透镜(7)的一侧，样品载物台(9)、第一显微物镜(8)由上至下依次设置在半反半透镜(7)的上方，第一管镜(10)、超构透镜(11)、第二显微物镜(12)、右旋圆偏振片(13)、第二管镜(14)和CMOS相机(15)由上至下依次设置在半反半透镜(7)的下方。
6.一种权利要求5所述显微成像系统的显微成像方法，其特征在于：所述基于色散双螺旋点扩散函数超构透镜显微成像方法的步骤包括：
步骤1、沿光束传播方向布置的白光光源(1)发出非相干性光，通过滤波片(2)产生所需各个波长光束，经过准直透镜(3)形成平行光，准直光经过偏振片(4)和四分之一波片(5)，通过调节四分之一波片(5)产生左旋圆偏振光入射，经由会聚透镜(6)会聚在第一显微物镜(8)后焦平面上，第一显微物镜(8)具有和样品载物台(9)上样品待分辨的细节尺寸匹配的数值孔径，能够将半反半透镜(7)处理的光束均匀投射在待检样品上；
步骤2、第一显微物镜(8)将经过所述待测样品反射的光收集，透过半反半透镜(7)后由第一管镜(10)聚焦，聚焦光经过超构透镜(11)实现色散双螺旋点扩散函数调制，调制后的像经过第二显微物镜(12)和第二管镜(14)组成的显微系统进行二次成像，被CMOS相机(15)收集；
步骤3、对采集的双螺旋点扩散函数调制图像进行解算，通过双螺旋图像中双螺旋光斑的中点确定待测分子的横向位置，两光斑中心连线的夹角确定待测分子的轴向位置。
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