本申請(qǐng)屬于光學(xué)顯微成像，具體涉及一種顯微物鏡、顯微成像系統(tǒng)及受激輻射損耗顯微鏡。
背景技術(shù)：
1、目前，生命科學(xué)研究中顯微成像研究大約80％需要使用光學(xué)顯微鏡，生命科學(xué)的進(jìn)步伴隨著光學(xué)顯微鏡的發(fā)展。
2、普通光學(xué)顯微鏡受空間分辨率的限制，從而影響了生物學(xué)家們對(duì)亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的精細(xì)研究，而受激輻射損耗?(?stimulated?emission?depletion，sted）顯微鏡使用一束損耗光通過(guò)位相板的調(diào)制，形成損耗光斑，將激發(fā)光衍射的光斑周?chē)臒晒夥肿油ㄟ^(guò)受激輻射耗盡轉(zhuǎn)換為非輻射態(tài)，實(shí)現(xiàn)了好于50?nm的空間分辨率。因此，被廣泛應(yīng)用于生物學(xué)和生命醫(yī)學(xué)科學(xué)研究中。
3、要獲得高空間分辨率與良好信噪比的超高分辨率熒光圖像，激發(fā)光焦點(diǎn)必須與耗盡光?形成的環(huán)形光斑實(shí)現(xiàn)精確的空間重合。傳統(tǒng)的方式是利用二向色性片進(jìn)行合軸，難以維持激發(fā)光斑與sted光斑的高精度長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定對(duì)準(zhǔn)（納米級(jí)）。而且傳統(tǒng)受激輻射損耗顯微鏡中的位相板的基底材料具有色散性質(zhì)，導(dǎo)致位相板對(duì)波長(zhǎng)非常敏感，哪怕入射光束的波長(zhǎng)發(fā)生微小偏離（例如±10皮米），都會(huì)導(dǎo)致波前調(diào)制發(fā)生明顯變化，使得聚焦光斑模糊或不再是需要的形狀。然而，商業(yè)化的單頻脈沖激光器提供的光束通常帶寬大約100皮米，波長(zhǎng)穩(wěn)定性10皮米量級(jí)，較大的帶寬和波長(zhǎng)的漂移會(huì)導(dǎo)致形成的光斑嚴(yán)重失真。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本申請(qǐng)的目的是至少解決傳統(tǒng)受激輻射損耗顯微鏡的合軸穩(wěn)定性及對(duì)入射光束的波長(zhǎng)具有較大局限性的問(wèn)題。該目的是通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)的：
2、第一方面，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N顯微物鏡，用于顯微成像系統(tǒng)，顯微物鏡包括至少一個(gè)衍射光學(xué)元件和一組組合透鏡，所述至少一個(gè)衍射光學(xué)元件的光軸與所述組合透鏡的光軸共線(xiàn)，所述至少一個(gè)衍射光學(xué)元件用于對(duì)垂直入射的第一光束和第二光束進(jìn)行相位調(diào)制，所述組合透鏡用于對(duì)經(jīng)過(guò)所述至少一個(gè)衍射光學(xué)元件后的所述第一光束和所述第二光束進(jìn)行匯聚，以使所述第一光束和所述第二光束能夠在顯微鏡的焦面處形成第一光斑和第二光斑，所述第一光斑的中心和所述第二光斑的中心重合。
3、根據(jù)本申請(qǐng)?zhí)岢龅娘@微物鏡，通過(guò)設(shè)置至少一個(gè)衍射光學(xué)元件與組合透鏡的光軸共線(xiàn)的結(jié)構(gòu)，借助衍射光學(xué)元件對(duì)垂直入射的第一光束（如激發(fā)光）和第二光束（如耗盡光）進(jìn)行相位調(diào)制，再通過(guò)組合透鏡對(duì)調(diào)制后的兩束光進(jìn)行匯聚，有助于使第一光束和第二光束在顯微鏡焦面處形成中心重合的第一光斑和第二光斑。該結(jié)構(gòu)可有效提升激發(fā)光與耗盡光的合軸精準(zhǔn)度，更有利于維持兩光斑納米級(jí)的長(zhǎng)時(shí)間對(duì)準(zhǔn)穩(wěn)定性，從而為獲取高空間分辨率的超高分辨率熒光圖像奠定基礎(chǔ)。同時(shí)，衍射光學(xué)元件具備靈活的相位調(diào)制特性，相較于傳統(tǒng)色散敏感的位相板，其對(duì)入射光束波長(zhǎng)的敏感度更低，有助于緩解因入射光束帶寬較大或波長(zhǎng)漂移導(dǎo)致的光斑失真問(wèn)題，拓寬了顯微物鏡對(duì)入射光束波長(zhǎng)的適配范圍，提升了其在不同激光光源條件下的適用性。
4、另外，根據(jù)本申請(qǐng)的顯微成像系統(tǒng)，還可具有如下附加的技術(shù)特征：
5、在本申請(qǐng)的一些實(shí)施方式中，所述組合透鏡包括沿光束傳播方向依次設(shè)置的第一正透鏡、第一負(fù)透鏡、第二正透鏡和第二負(fù)透鏡。
6、在本申請(qǐng)的一些實(shí)施方式中，所述衍射光學(xué)元件的數(shù)量為多個(gè)，多個(gè)所述衍射光學(xué)元件沿同一光軸設(shè)置。
7、第二方面，本申請(qǐng)還提出了一種顯微成像系統(tǒng)，用于受激輻射損耗顯微鏡，包括：照明機(jī)構(gòu)，包括第一激光器和第二激光器，所述第一激光器用于提供第一光束，所述第二激光器用于提供第二光束；第一光束調(diào)節(jié)組件，包括沿第一光束傳播方向依次設(shè)置的第一透鏡、第一濾光片和第一反光鏡；第二光束調(diào)節(jié)組件，包括沿所述第二光束傳播方向依次設(shè)置的第二透鏡、第二濾光片、第一二向色性元件、第二二向色性元件和1/4波片；以及根據(jù)第一方面實(shí)施方式中任一項(xiàng)所述的顯微物鏡；其中，所述第一透鏡用于將所述第一光束擴(kuò)束為平行光，所述第一濾光片用于調(diào)節(jié)所述第一光束的強(qiáng)度，所述第一反光鏡用于將所述第一光束反射至所述第一二向色元件，所述第二透鏡用于將所述第二光束擴(kuò)束為平行光，所述第二濾光片用于調(diào)節(jié)所述第二光束的強(qiáng)度，所述第一二向色性元件用于使所述第一光束和所述第二光束共軸，所述第二二向色性元件用于使所述第一光束和所述第二光束垂直入射至所述1/4波片，所述1/4波片用于將所述第一光束和所述第二光束由線(xiàn)偏振光轉(zhuǎn)換為圓偏振光。
8、在本申請(qǐng)的一些實(shí)施方式中，所述第一光束為激發(fā)光束，所述第一光斑為實(shí)心激發(fā)光斑；所述第二光束為相對(duì)所述第一光束的損耗光束，所述第二光斑為環(huán)形損耗光斑，所述環(huán)形損耗光斑覆蓋所述實(shí)心激發(fā)光斑的邊緣區(qū)域。
9、在本申請(qǐng)的一些實(shí)施方式中，所述第一濾光片和所述第二濾光片為中性密度濾光片；和/或，所述第一二向色性元件和所述第二二向色性元件為二向色性片。
10、第三方面，本申請(qǐng)還提出了一種受激輻射損耗顯微鏡，包括：位移臺(tái)，用于承載和移動(dòng)樣品，所述樣品內(nèi)具有熒光物質(zhì)；和根據(jù)第一方面實(shí)施方式中任一項(xiàng)所述的顯微成像系統(tǒng)，所述第一光束和所述第二光束能夠在經(jīng)過(guò)所述相位調(diào)制光學(xué)器件進(jìn)行相位調(diào)制和匯聚后，激發(fā)所述樣品中的熒光物質(zhì)產(chǎn)生熒光信號(hào)；熒光探測(cè)系統(tǒng)，用于收集和探測(cè)所述熒光信號(hào)，并將所述熒光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
11、根據(jù)本申請(qǐng)的一些實(shí)施例，所述熒光探測(cè)系統(tǒng)包括信號(hào)收集組件和信號(hào)轉(zhuǎn)換元件，所述信號(hào)收集組件用于收集并匯聚所述熒光信號(hào)，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換元件用于將所述熒光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
12、根據(jù)本申請(qǐng)的一些實(shí)施例，所述信號(hào)收集組件包括沿所述熒光信號(hào)的傳播方向依次設(shè)置的第三濾光片和第三透鏡；其中，所述第三濾光片為熒光濾光片，所述第三透鏡用于匯聚所述熒光信號(hào)。
13、根據(jù)本申請(qǐng)的一些實(shí)施例，所述信號(hào)收集組件還包括至少一個(gè)第二反光鏡，所述至少一個(gè)第二反光鏡用于將所述收集物鏡收集并匯聚的所述熒光反射至所述第三濾光片。
14、上述說(shuō)明僅是本申請(qǐng)技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本申請(qǐng)的技術(shù)手段，而可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本申請(qǐng)的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉本申請(qǐng)的具體實(shí)施方式。
1.一種顯微物鏡，用于顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述顯微物鏡包括至少一個(gè)衍射光學(xué)元件和一組組合透鏡，所述至少一個(gè)衍射光學(xué)元件的光軸與所述組合透鏡的光軸共線(xiàn)，所述至少一個(gè)衍射光學(xué)元件用于對(duì)垂直入射的第一光束和第二光束進(jìn)行相位調(diào)制，所述組合透鏡用于對(duì)經(jīng)過(guò)所述至少一個(gè)衍射光學(xué)元件后的所述第一光束和所述第二光束進(jìn)行匯聚，以使所述第一光束和所述第二光束能夠在顯微鏡的焦面處形成第一光斑和第二光斑，所述第一光斑的中心和所述第二光斑的中心重合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微物鏡，其特征在于，所述組合透鏡包括沿光束傳播方向依次設(shè)置的第一正透鏡、第一負(fù)透鏡、第二正透鏡和第二負(fù)透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的顯微物鏡，其特征在于，所述衍射光學(xué)元件的數(shù)量為多個(gè)，多個(gè)所述衍射光學(xué)元件沿同一光軸設(shè)置。
4.一種顯微成像系統(tǒng)，用于受激輻射損耗顯微鏡，其特征在于，包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述第一光束為激發(fā)光束，所述第一光斑為實(shí)心激發(fā)光斑；
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述第一濾光片和所述第二濾光片為中性密度濾光片；
7.一種受激輻射損耗顯微鏡，其特征在于，包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的受激輻射損耗顯微鏡，其特征在于，所述熒光探測(cè)系統(tǒng)包括信號(hào)收集組件和信號(hào)轉(zhuǎn)換元件，所述信號(hào)收集元件用于收集并匯聚所述熒光信號(hào)，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換元件用于將所述熒光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的受激輻射損耗顯微鏡，其特征在于，所述信號(hào)收集組件包括沿所述熒光信號(hào)的傳播方向依次設(shè)置的第三濾光片和第三透鏡，所述第三濾光片為熒光濾光片，所述第三透鏡用于匯聚通過(guò)所述熒光濾光片的熒光信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的受激輻射損耗顯微鏡，其特征在于，所述信號(hào)收集組件還包括至少一個(gè)第二反光鏡，所述至少一個(gè)第二反光鏡用于將透射過(guò)所述第二二向色性元件的所述熒光信號(hào)反射至所述第三濾光片。