一种互补贝塞尔光滴双光子显微成像系统技术方案

本发明专利技术公开了一种互补贝塞尔光滴双光子显微成像系统，包括：激发光源模块、贝塞尔光滴调制模块、双光子显微成像模块、空间光调制器控制模块以及信号采集/成像与同步控制模块；本发明专利技术所提供的互补贝塞尔光滴双光子显微成像系统通过贝塞尔光滴调制模块中第一空间光调制器和第二空间光调制器生成两束不同NA的同轴贝塞尔光束并同时引入不同的相位差，让相位差的同轴双贝塞尔光束干涉形成贝塞尔光滴与相位差的同轴双贝塞尔光束干涉形成的贝塞尔光滴在轴向光场分布上产生偏移，以得到互补的贝塞尔光滴，用于激发双光子荧光显微成像系统，实现生物体组织快速、高对比度和高空间分辨率的体积成像。高对比度和高空间分辨率的体积成像。高对比度和高空间分辨率的体积成像。

【技术实现步骤摘要】
一种互补贝塞尔光滴双光子显微成像系统


[0001]本专利技术属于双光子显微成像
，尤其涉及一种互补贝塞尔光滴双光子显微成像系统。

技术介绍

[0002]传统的双光子荧光显微成像系统使用高斯光束激发，在进行体积成像时需要进行z轴扫描而导致成像速度较慢，而贝塞尔光束具有独特的无衍射特性与自愈特性，无衍射性即在较长的传播距离内具有保持其横向光场分布的特性，自愈性即在传播过程遇到障碍物后，经过一段距离后可恢复其原有横向光场分布。因此，基于贝塞尔光束激发的双光子荧光显微成像具有长景深且受散射影响较小的特点，从而可以实现快速体积成像，对于稀疏标记的生物组织，可以达到传统高斯光束激发双光子显微成像几十倍的成像吞吐量，实现以二维帧速率进行体积成像。
[0003]然而，由于贝塞尔光束的中心光斑周围有一系列同心圆环即旁瓣，且能量占比高，会产生较强的背景从而降低成像的对比度。目前用于抑制贝塞尔光束旁瓣的方法主要有共焦线检测、高阶非线性效应、图像差分法以及光滴法等。贝塞尔光滴是利用两束不同NA的同轴贝塞尔光束干涉形成驻波，从而达到抑制旁瓣的效果，从而解决贝塞尔光束激发的双光子荧光显微成像对比度低的问题。但是贝塞尔光滴在抑制旁瓣能量的同时会产生轴向光场分布明暗交替的现象，难以用于双光子荧光显微成像系统。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种互补贝塞尔光滴双光子显微成像系统，旨在解决目前双光子荧光显微成像系统无法解决采用贝塞尔光滴技术在抑制旁瓣能量的同时会产生轴向光场分布明暗交替的现象，影响双光子荧光显微成像系统观测结果的问题。
[0005]本专利技术是这样实现的，一种互补贝塞尔光滴双光子显微成像系统，应用于待测样品的显微成像，包括：
[0006]激发光源模块；激发光源模块利用偏振分束产生水平偏振态光束和垂直偏振态光束；
[0007]贝塞尔光滴调制模块，所述贝塞尔光滴调制模块将所述水平偏振态光束调制为由相位差的同轴双贝塞尔光束干涉形成的第一贝塞尔光滴；同时将所述垂直偏振态光束调制为由相位差的同轴双贝塞尔光束干涉形成的第二贝塞尔光滴；并将第一贝塞尔光滴和第二贝塞尔光滴合束后形成互补的贝塞尔光滴，产生第一贝塞尔光滴和第二贝塞尔光滴的傅里叶频谱并滤除其杂散光；
[0008]双光子显微成像模块，所述互补的贝塞尔光滴通过双光子显微成像模块聚焦至待测的样品实现点扫描，所述双光子显微成像模块收集样品经双光子激发后产生的后向散射荧光信号并将其转换为电压信号；
[0009]空间光调制器控制模块，所述空间光调制器控制模块与贝塞尔光滴调制模块电性
连接，计算并加载生成所述贝塞尔光滴调制模块上需要的相位图案；
[0010]信号采集/成像与同步控制模块，所述信号采集/成像与同步控制模块对中荧光信号输出与采集的同步控制，对得到的电压信号进行双光子强度图重构。
[0011]优选地，所述贝塞尔光滴调制模块包括：
[0012]第一空间光调制器和第二空间光调制器；所述水平偏振光经过第一空间光调制器产生第一贝塞尔光滴，所述垂直偏振态光经过第二空间光调制器产生第二贝塞尔光滴；
[0013]第二偏振分束器，不同偏振态的第一贝塞尔光滴和第二贝塞尔光滴经过第二偏振分束器合束得到轴向光场分布均匀的旁瓣受到抑制的贝塞尔光束，即互补的贝塞尔光滴；
[0014]第一傅里叶变换透镜及设于第一傅里叶变换透镜后焦面的第一掩模板；所述互补的贝塞尔光束经过第一傅里叶变换透镜得到傅里叶频谱并经过第一掩模板进行滤波；
[0015]第二光学4f系统，所述第二光学4f系统将经过滤波的傅里叶频谱传递到双光子显微成像模块。
[0016]优选地，所述双光子显微成像模块包括：XY点扫描装置、扫描透镜、套筒透镜、显微物镜、二向色镜、滤光片、聚焦透镜和光电倍增管，安放于XY点扫描装置下方的样品经过滤波的傅里叶频谱激发荧光信号并形成反向反射荧光信号，所述滤光片和聚焦透镜对反射的荧光信号进行滤波、聚焦，再由光电倍增管将感光面接收的荧光信号转化为电压信号输送至信号采集/成像与同步控制模块。
[0017]优选地，所述空间光调制器控制模块包括：用于计算并加载生成所述贝塞尔光滴调制模块中的空间光调制器上需要的相位图案的控制器，所述控制器与贝塞尔光滴调制模块电性连接。
[0018]优选地，所述水平偏振光经过第一空间光调制器产生第一贝塞尔光滴，第一空间光调制器加载的相位图案是空间光调制器控制模块通过计算得出两个同心圆环经过逆傅里叶变换得到的，以产生两束不同NA的贝塞尔光束，干涉后形成旁瓣受到抑制的驻波，即所述的第一贝塞尔光滴，其轴向光场分布呈现明暗交替。
[0019]优选地，所述空间光调制器控制模块选取旁瓣抑制效果最佳时对应的内外径之比，在两个同心圆环之间引入相位差将其经过傅里叶逆变换得到相位差的相位图案加载到第一空间光调制器上以生成第一贝塞尔光滴。
[0020]优选地，所述垂直偏振光经过第二空间光调制器产生第二贝塞尔光滴，第二空间光调制器加载的相位图案是空间光调制器控制模块通过计算得出两个的同心圆环经过逆傅里叶变换得到的，以产生两束不同NA的贝塞尔光束，干涉后形成旁瓣受到抑制的驻波，即所述的第二贝塞尔光滴，其轴向光场分布呈现明暗交替；
[0021]优选地，所述空间光调制器控制模块选取相同两个同心圆环之间引入相位差将其经过傅里叶逆变换得到相位差的相位图案加载到第二空间光调制器上以生成第二贝塞尔光滴。。
[0022]优选地，所述激发光源模块包括：超快激光器，用于产生超快激光；第一光学4f系统，用于进行准直与扩束；第一半波片，用于调节激光的线偏振方向；第一偏振分束器，用于将激光分束为水平偏振态光束和垂直偏振态光束。。
[0023]优选地，所述XY点扫描装置11为双检流式振镜组或共振式振镜搭配检流式振镜。
[0024]与现有技术相比，本申请实施例主要有以下有益效果：
[0025]本专利技术所提供的互补贝塞尔光滴双光子显微成像系统通过贝塞尔光滴调制模块中的第一空间光调制器和第二空间光调制器生成两束不同NA的同轴贝塞尔光束并同时引入不同的相位差，让相位差的同轴双贝塞尔光束干涉形成贝塞尔光滴与相位差的同轴双贝塞尔光束在轴向光场分布上产生偏移，以得到互补的贝塞尔光滴，用于激发双光子荧光显微成像系统，实现生物体组织快速、高对比度和高空间分辨率的体积成像。
附图说明
[0026]图1是本专利技术提供的一种互补贝塞尔光滴双光子显微成像系统的控制流程图。
[0027]图2是本专利技术提供的一种互补贝塞尔光滴双光子显微成像系统的结构示意图。
[0028]附图标记说明：
[0029]101、激发光源模块；1、超快激光器；2、第一光学4f系统；3、第一半波片；4、第一偏振分束器；
[0030]102、贝塞尔光滴调制模块；5、第一空间光调制器；6、第二空间光调制器；7、第二偏振分束器；8、第一傅里叶变换透镜；9、第一掩模板；10、第二光学4f系统；
[0031]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种互补贝塞尔光滴双光子显微成像系统，其特征在于，包括：激发光源模块；激发光源模块利用偏振分束产生水平偏振态光束和垂直偏振态光束；贝塞尔光滴调制模块，所述贝塞尔光滴调制模块将所述水平偏振态光束调制为由相位差的同轴双贝塞尔光束干涉形成的第一贝塞尔光滴；同时将所述垂直偏振态光束调制为由相位差的同轴双贝塞尔光束干涉形成的第二贝塞尔光滴；并将第一贝塞尔光滴和第二贝塞尔光滴合束后形成互补的贝塞尔光滴，产生第一贝塞尔光滴和第二贝塞尔光滴的傅里叶频谱并滤除其杂散光；双光子显微成像模块，所述互补的贝塞尔光滴通过双光子显微成像模块聚焦至待测的样品实现点扫描，所述双光子显微成像模块收集样品经双光子激发后产生的后向散射荧光信号并将其转换为电压信号；空间光调制器控制模块，所述空间光调制器控制模块与贝塞尔光滴调制模块电性连接，计算并加载生成所述贝塞尔光滴调制模块上需要的相位图案；信号采集/成像与同步控制模块，所述信号采集/成像与同步控制模块对中荧光信号输出与采集的同步控制，对得到的电压信号进行双光子强度图重构。2.如权利要求1所述的一种互补贝塞尔光滴双光子显微成像系统，其特征在于，所述贝塞尔光滴调制模块包括：第一空间光调制器和第二空间光调制器；所述水平偏振光经过第一空间光调制器产生第一贝塞尔光滴，所述垂直偏振态光经过第二空间光调制器产生第二贝塞尔光滴；第二偏振分束器，不同偏振态的第一贝塞尔光滴和第二贝塞尔光滴经过第二偏振分束器合束得到轴向光场分布均匀的旁瓣受到抑制的贝塞尔光束，即互补的贝塞尔光滴；第一傅里叶变换透镜及设于第一傅里叶变换透镜后焦面的第一掩模板；所述互补的贝塞尔光束经过第一傅里叶变换透镜得到傅里叶频谱并经过第一掩模板进行滤波；第二光学4f系统，所述第二光学4f系统将经过滤波的傅里叶频谱传递到双光子显微成像模块。3.如权利要求2所述的一种互补贝塞尔光滴双光子显微成像系统，其特征在于，所述双光子显微成像模块包括：XY点扫描装置、扫描透镜、套筒透镜、显微物镜、二向色镜、滤光片、聚焦透镜和光电倍增管，安放于XY点扫描装置下方的样品经过滤波的傅里叶频谱激发荧光信号并形成反向反射荧光信号，所述滤光片和聚焦透镜对反射的荧光信号进行滤波、聚焦，再由光电倍增管将感...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丽炜，陈永强，李艳萍，屈军乐，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：