本實(shí)用新型涉及醫(yī)療器械，尤其涉及的是一種體全息還原掃描光束的STED超分辨顯微系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

受激輻射消耗(Stimulated Emission Depletion,STED)顯微技術(shù)是在共聚焦掃描顯微術(shù)的基礎(chǔ)上，引入0至2π渦旋相位調(diào)制的消耗光，在焦點(diǎn)形成中空型光斑并與激發(fā)光斑重合。通過(guò)受激輻射原理，消耗激發(fā)光斑邊緣熒光，壓縮熒光光斑面積，使得激發(fā)光斑尺寸突破衍射極限，實(shí)現(xiàn)超分辨。因此，同時(shí)具備遠(yuǎn)場(chǎng)超分辨和斷層切片掃描成像特點(diǎn)的STED顯微術(shù)，被廣泛應(yīng)用于生物科學(xué)等領(lǐng)域。由于STED顯微技術(shù)需要激發(fā)光和消耗光的聚焦光斑在橫向上和軸向上都高度重合，兩聚焦光斑中心的錯(cuò)位會(huì)嚴(yán)重影響超分辨效果，因此，系統(tǒng)在搭建和調(diào)試過(guò)程中需要引入精密的角度調(diào)節(jié)器件，并且調(diào)試過(guò)程繁瑣，并使用前仍需要手動(dòng)或利用自動(dòng)模塊來(lái)檢驗(yàn)和調(diào)整兩光斑的重合度，外界的震動(dòng)、溫差等因素都會(huì)造成兩光束光斑的不重合。

因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種體全息還原掃描光束的STED超分辨顯微系統(tǒng)及顯微方法，解決如下技術(shù)問(wèn)題：1、現(xiàn)有的STED顯微技術(shù)由于外界的震動(dòng)、溫差等因素導(dǎo)致激發(fā)光和消耗光的聚焦光斑重合度低。2、STED顯微系統(tǒng)在搭建和調(diào)試過(guò)程中需要引入精密的角度調(diào)節(jié)器件，并且調(diào)試過(guò)程繁瑣，使用前仍需要手動(dòng)或利用自動(dòng)模塊來(lái)檢驗(yàn)和調(diào)整兩光斑的重合度。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：

一種體全息還原掃描光束的STED超分辨顯微系統(tǒng)，其中，包括激發(fā)光記錄裝置，發(fā)射激發(fā)光并將激發(fā)光干涉信息記錄于體全息材料上；

消耗光記錄裝置，發(fā)射激發(fā)光和消耗光并將兩束光的干涉信息記錄于體全息材料上；(體全息材料上是同一位置上，依次記錄了兩束光)

掃描光束還原裝置，發(fā)射激發(fā)光和消耗光將記錄于體全息材料上的激發(fā)光和消耗光的光信息還原；

偏振組件，被還原的激發(fā)光和消耗光經(jīng)過(guò)偏振組件成為線偏振光；

第一光束輸出組件，用于透射或反射光束；

二維掃描振鏡裝置，使所述激發(fā)光和消耗光擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的二維掃描；

顯微物鏡，將激發(fā)光和消耗光聚焦于樣品上；

探測(cè)光路，包括一光電探測(cè)器，把從樣品返回的樣品光的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；

顯示與處理單元，用于顯示樣品圖像和控制所述二維掃描振鏡裝置以實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的二維掃描。

所述的體全息還原掃描光束的STED超分辨顯微系統(tǒng)，其中，所述激發(fā)光記錄裝置包括激發(fā)光發(fā)射器、第二光束輸出組件、耦合組件、單模光纖、光纖準(zhǔn)直器、分束組件、反射組件和體全息記錄板，所述激發(fā)光發(fā)射器發(fā)出激發(fā)光束，激發(fā)光束經(jīng)過(guò)所述第二光束輸出組件透射后被所述耦合組件耦合進(jìn)所述單模光纖內(nèi)傳輸，單模光纖出射端的激發(fā)光束經(jīng)過(guò)光纖準(zhǔn)直器準(zhǔn)直后被所述分束組件部分反射部分透射，反射光束被反射組件再次反射后與透射光束產(chǎn)生干涉，形成的干涉信息記錄于所述體全息記錄板上。

所述的體全息還原掃描光束的STED超分辨顯微系統(tǒng)，其中，所述消耗光記錄裝置包括消耗光發(fā)射器、第二光束輸出組件、耦合組件、單模光纖、光纖準(zhǔn)直器、分束組件、反射組件、0至2π渦旋相位板和體全息記錄板，所述消耗光發(fā)射器發(fā)出消耗光束，消耗光束經(jīng)過(guò)所述第二光束輸出組件反射后被所述耦合組件耦合進(jìn)所述單模光纖內(nèi)傳輸，單模光纖出射端的消耗光束經(jīng)過(guò)光纖準(zhǔn)直器準(zhǔn)直后被分束組件部分反射部分透射，透射光束光束經(jīng)過(guò)0至2π渦旋相位板形成相位調(diào)制光束，反射光束光束被反射組件再次反射后與透射光束產(chǎn)生干涉，形成的干涉信息記錄于所述體全息記錄板上。

所述的體全息還原掃描光束的STED超分辨顯微系統(tǒng)，其中，所述掃描光束還原裝置包括激發(fā)光發(fā)射器、消耗光發(fā)射器、第二光束輸出組件、耦合組件、單模光纖、光纖準(zhǔn)直器和體全息記錄板，激發(fā)光發(fā)射器和消耗光發(fā)射器同時(shí)發(fā)光，激發(fā)光束和消耗光束經(jīng)過(guò)所述第二光束輸出組件后被合并，合并后的光束被所述耦合組件耦合進(jìn)所述單模光纖內(nèi)傳輸，單模光纖出射端的光束經(jīng)過(guò)光纖準(zhǔn)直器準(zhǔn)直后照射所述體全息記錄板。

所述的體全息還原掃描光束的STED超分辨顯微系統(tǒng)，其中，所述二維掃描振鏡裝置包括X軸掃描振鏡、Y軸掃描振鏡和一振鏡控制器，所述振鏡控制器控制所述X軸掃描振鏡繞X軸方向擺動(dòng)，控制Y軸掃描振鏡繞Y軸方向擺動(dòng)以實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的二維掃描。

所述的體全息還原掃描光束的STED超分辨顯微系統(tǒng)，其中，還包括中繼光路，所述中繼光路包括第一透鏡和第二透鏡，所述第一透鏡的像方焦點(diǎn)與所述第二透鏡的物方焦點(diǎn)重合。

所述的體全息還原掃描光束的STED超分辨顯微系統(tǒng)，其中，所述第一光束輸出組件和所述二維掃描振鏡裝置之間還設(shè)置有消色差二分之一波片，所述第二透鏡和所述顯微物鏡之間設(shè)置有消色差四分之一波片。

所述的體全息還原掃描光束的STED超分辨顯微系統(tǒng)，其中，所述第一光束輸出組件為熒光二向色鏡。

所述的體全息還原掃描光束的STED超分辨顯微系統(tǒng)，其中，所述第二光束輸出組件為二向色鏡。

所述的體全息還原掃描光束的STED超分辨顯微系統(tǒng)，其中，所述探測(cè)光路還包括只讓返回樣品光通過(guò)的濾光片和將返回樣品光耦合進(jìn)多模光纖的第三透鏡，返回樣品光被耦合進(jìn)多模光纖后被傳輸至所述光電探測(cè)器。

本實(shí)用新型的有益效果：本實(shí)用新型通過(guò)提供一種體全息還原掃描光束的STED超分辨顯微系統(tǒng)，利用體全息技術(shù)，把已高度重合的激發(fā)光束和0～2π相位調(diào)制后的消耗光束記錄在體全息材料上，利用參考光反向入射體全息材料時(shí)，即可將兩光束還原，被還原的兩光束高度重合，很好地解決了由于外界振動(dòng)、溫度差帶來(lái)的光束漂移導(dǎo)致重合度低的問(wèn)題，免去了使用前的檢驗(yàn)和調(diào)整兩光斑的重合度的步驟，系統(tǒng)使用更簡(jiǎn)單，效率更高。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型中激發(fā)光記錄裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型中消耗光記錄裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是激發(fā)光斑和中空型消耗光斑疊加形成壓縮的熒光光斑的示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

參閱圖1至圖3，本實(shí)用新型提供一種體全息還原掃描光束的STED超分辨顯微系統(tǒng)，其中，包括激發(fā)光記錄裝置1，發(fā)射激發(fā)光并將激發(fā)光干涉信息記錄于體全息材料上；消耗光記錄裝置2，發(fā)射消耗光并將消耗光干涉信息記錄于體全息材料上；掃描光束還原裝置3，發(fā)射激發(fā)光和消耗光將記錄于體全息材料上的激發(fā)光和消耗光的光信息還原；偏振組件4，被還原的激發(fā)光和消耗光經(jīng)過(guò)偏振組件4成為線偏振光；第一光束輸出組件5，用于透射或反射光束；二維掃描振鏡裝置7，使所述激發(fā)光和消耗光擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的二維掃描；顯微物鏡200，聚焦激發(fā)光和消耗光；探測(cè)光路300，包括一光電探測(cè)器301，把從樣品返回的樣品光的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；顯示與處理單元400，用于顯示樣品圖像和控制所述二維掃描振鏡裝置7以實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的二維掃描。

進(jìn)一步地，激發(fā)光記錄裝置1包括激發(fā)光發(fā)射器10、第二光束輸出組件11、耦合組件12、單模光纖13、光纖準(zhǔn)直器14、分束組件15、反射組件16和體全息記錄板17，在本實(shí)施例中，激發(fā)光發(fā)射器10為藍(lán)光激光器，激發(fā)光發(fā)射器10發(fā)出藍(lán)光激發(fā)光束，激發(fā)光束經(jīng)過(guò)所述第二光束輸出組件11透射后被所述耦合組件12耦合進(jìn)所述單模光纖13內(nèi)傳輸，單模光纖13出射端的激發(fā)光束經(jīng)過(guò)光纖準(zhǔn)直器14準(zhǔn)直后被所述分束組件15部分反射部分透射，分束組件15為半透半反鏡，對(duì)光束一半透射一半反射，反射光束被反射組件16再次反射后與透射光束產(chǎn)生干涉，形成的干涉信息記錄于所述體全息記錄板17上。

進(jìn)一步地，所述消耗光記錄裝置2包括消耗光發(fā)射器20、第二光束輸出組件11、耦合組件12、單模光纖13、光纖準(zhǔn)直器14、分束組件15、反射組件16、0至2π渦旋相位板21和體全息記錄板17，在本實(shí)施例中，消耗光發(fā)射器20為紅光激光器，消耗光發(fā)射器20發(fā)出紅光消耗光束，消耗光束經(jīng)過(guò)所述第二光束輸出組件11反射后被所述耦合組件12耦合進(jìn)所述單模光纖13內(nèi)傳輸，單模光纖13出射端的消耗光束經(jīng)過(guò)光纖準(zhǔn)直器14準(zhǔn)直后被分束組件15部分反射部分透射，透射光束經(jīng)過(guò)0至2π渦旋相位板21形成相位調(diào)制光束，反射光束被反射組件16再次反射后與透射光束產(chǎn)生干涉，形成的干涉信息記錄于所述體全息記錄板17上，此時(shí)體全息記錄板17記錄了激發(fā)光束的干涉信息和經(jīng)過(guò)0至2π渦旋相位板21調(diào)制的消耗光的干涉信息。

激發(fā)光束和消耗光束都是從單模光纖13出射并通過(guò)光纖準(zhǔn)直器14準(zhǔn)直，可以認(rèn)為是兩個(gè)位置一致的點(diǎn)光源發(fā)出的光束，兩光束在記錄過(guò)程中可以保持高度重合。

進(jìn)一步地，所述掃描光束還原裝置3包括激發(fā)光發(fā)射器10、消耗光發(fā)射器20、第二光束輸出組件11、耦合組件12、單模光纖13、光纖準(zhǔn)直器14和體全息記錄板17，激發(fā)光發(fā)射器10和消耗光發(fā)射器20同時(shí)發(fā)光，激發(fā)光束和消耗光束經(jīng)過(guò)所述第二光束輸出組件11后被合并，合并后的光束組成還原光束，被所述耦合組件12耦合進(jìn)所述單模光纖13內(nèi)傳輸，單模光纖13出射端的光束經(jīng)過(guò)光纖準(zhǔn)直器14準(zhǔn)直后照射所述體全息記錄板17，還原光束入射方向和激發(fā)光記錄裝置1、消耗光記錄裝置2中的光束入射方向相反。體全息技術(shù)具有波長(zhǎng)選擇性，入射特定波長(zhǎng)的還原光只能還原對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的光，激發(fā)光和消耗光分別還原出準(zhǔn)直的激發(fā)光和經(jīng)過(guò)0至2π渦旋相位板21調(diào)制的消耗光，還原的兩光束可保持高度的重合。

進(jìn)一步地，所述二維掃描振鏡裝置7包括X軸掃描振鏡71、Y軸掃描振鏡72和一振鏡控制器73，所述振鏡控制器73控制所述X軸掃描振鏡71繞X軸方向擺動(dòng)，控制Y軸掃描振鏡72繞Y軸方向擺動(dòng)以實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的二維掃描。振鏡控制器73連接所述顯示與處理單元400，顯示與處理單元400控制振鏡控制器73驅(qū)動(dòng)X軸掃描振鏡71和Y軸掃描振鏡72按規(guī)律擺動(dòng)激發(fā)光束和消耗光束。在本實(shí)施例中，顯示與處理單元400為計(jì)算機(jī)。

在本實(shí)施例中，還包括中繼光路8，所述中繼光路8包括第一透鏡81和第二透鏡82，所述第一透鏡81的像方焦點(diǎn)與所述第二透鏡82的物方焦點(diǎn)重合，X軸掃描振鏡71反射面中點(diǎn)與第一透鏡81的物方焦點(diǎn)重合，第一透鏡2-13與第二透鏡2-14焦距之比為：

f2/f1＝D/d

其中，f1為第一透鏡81焦距，f2為第二透鏡82焦距，D為顯微物鏡200入瞳直徑，d為激發(fā)光和消耗光光束直徑，為了充分利用顯微物鏡200的分辨能力，入射光束應(yīng)盡可能充滿顯微物鏡整個(gè)入瞳部，需要對(duì)激發(fā)光和消耗光光束進(jìn)行放大，設(shè)置包括第一透鏡81和第二透鏡82的中繼光路8，令f2/f1＝D/d，可有效放大激發(fā)光和消耗光光束的直徑，使其充滿顯微物鏡整個(gè)入瞳部以充分利用顯微物鏡200的分辨能力。

進(jìn)一步地，所述第一光束輸出組件5和所述二維掃描振鏡裝置7之間還設(shè)置有消色差二分之一波片6，所述第二透鏡82和所述顯微物鏡200之間設(shè)置有消色差四分之一波片9，通過(guò)調(diào)整消色差二分之一波片6和消色差四分之一波片9使激發(fā)光和消耗光轉(zhuǎn)換成理想的圓偏光，激發(fā)光斑樣品熒光，中空型消耗光斑通過(guò)受激輻射消耗光斑邊沿?zé)晒?，如圖4所示，熒光光斑被壓縮，使光斑尺寸突破衍射極限，實(shí)現(xiàn)超分辨。

在本實(shí)施例中，所述第一光束輸出組件5為熒光二向色鏡，熒光二向色鏡透射藍(lán)光和紅光，反射從樣品出返回的熒光。

在本實(shí)施例中，所述第二光束輸出組件11為二向色鏡，透射藍(lán)光，反射紅光。

進(jìn)一步地，所述探測(cè)光路300還包括只讓返回樣品光通過(guò)的濾光片303和將返回樣品光耦合進(jìn)多模光纖的第三透鏡302，返回樣品光被耦合進(jìn)多模光纖后被傳輸至所述光電探測(cè)器301，光電探測(cè)器301連接所述顯示與處理單元400，顯示與處理單元400實(shí)時(shí)顯示樣品圖像。

本實(shí)用新型體全息還原掃描光束的STED超分辨顯微方法步驟如下：

步驟A00:記錄激發(fā)光,激發(fā)光發(fā)射器10發(fā)出激發(fā)光束，激發(fā)光束經(jīng)過(guò)第二光束輸出組件11透射后被所述耦合組件12耦合進(jìn)單模光纖13內(nèi)傳輸，單模光纖13出射端的激發(fā)光束經(jīng)過(guò)光纖準(zhǔn)直器14準(zhǔn)直后被所述分束組件15部分反射部分透射，反射光束被反射組件16再次反射后與透射光束產(chǎn)生干涉，形成的干涉信息記錄于所述體全息記錄板上；

步驟B00：記錄消耗光，消耗光發(fā)射器20發(fā)出消耗光束，消耗光束經(jīng)過(guò)第二光束輸出組件11反射后被耦合組件12耦合進(jìn)單模光纖13內(nèi)傳輸，單模光纖13出射端的消耗光束經(jīng)過(guò)光纖準(zhǔn)直器14準(zhǔn)直后被分束組件15部分反射部分透射，透射光束經(jīng)過(guò)0至2π渦旋相位板21形成相位調(diào)制光束，反射光束被反射組件再次反射后與透射光束產(chǎn)生干涉，形成的干涉信息記錄于所述體全息記錄板17上；

步驟C00：掃描光束還原，激發(fā)光發(fā)射器10和消耗光發(fā)射器20同時(shí)發(fā)光，激發(fā)光束和消耗光束經(jīng)過(guò)所述第二光束輸出組件11后被合并，合并后的光束被所述耦合組件12耦合進(jìn)所述單模光纖13內(nèi)傳輸，單模光纖13出射端的光束經(jīng)過(guò)光纖準(zhǔn)直器14準(zhǔn)直后照射記錄有激發(fā)光和消耗光信息的體全息記錄板17；

步驟D00：體全息記錄板17可以還原出先前被記錄的準(zhǔn)直的激發(fā)光和經(jīng)過(guò)0至2π渦旋相位板調(diào)制的消耗光，被還原的準(zhǔn)直的激發(fā)光和經(jīng)過(guò)0至2π渦旋相位板調(diào)制的消耗光經(jīng)過(guò)偏振組件4后透射進(jìn)第一光束輸出組件5，被X軸掃描振鏡71和Y軸掃描振鏡72反射后經(jīng)過(guò)中繼光路8放大，通過(guò)消色差四分之一波片9后經(jīng)顯微物鏡200后形成激發(fā)光斑和中空型消耗光斑，中空型消耗光斑通過(guò)受激輻射消耗光斑邊沿?zé)晒猓纬筛晒夤獍撸?/p>

步驟E00：樣品反射的熒光信號(hào)被顯微物鏡200收集后，按原光路返回，依次通過(guò)消色差四分之一波片9、第二透鏡82、第一透鏡81、Y軸掃描振鏡72、X軸掃描振鏡71和消色差二分之一波片6后，經(jīng)第一光束輸出組件5反射進(jìn)入探測(cè)光路300，熒光信號(hào)通過(guò)濾光片303后，經(jīng)第三透鏡302聚焦并耦合到多模光纖中，熒光從多模光纖出射端出射，并被光電探測(cè)器301探測(cè)，光電探測(cè)器301將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后傳輸至顯示與處理單元400。

本實(shí)用新型通過(guò)提供一種體全息還原掃描光束的STED超分辨顯微系統(tǒng)，利用體全息技術(shù)，把已高度重合的激發(fā)光束和0～2π相位調(diào)制后的消耗光束記錄在體全息材料上，利用參考光反向入射體全息材料時(shí)，即可將兩光束還原，被還原的兩光束高度重合，高度重合的兩光束通過(guò)受激輻射原理，消耗激發(fā)光斑邊沿?zé)晒?，壓縮熒光光斑的尺寸，實(shí)現(xiàn)超分辨顯微，很好地解決了由于外界振動(dòng)、溫度差帶來(lái)的光束漂移導(dǎo)致重合度低的問(wèn)題，免去了使用前的檢驗(yàn)和調(diào)整兩光斑的重合度的步驟，系統(tǒng)使用更簡(jiǎn)單，效率更高。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本實(shí)用新型的應(yīng)用不限于上述的舉例，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。