用于受激發(fā)射損耗顯微鏡的全保偏光纖激光點(diǎn)陣產(chǎn)生裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及用于受激發(fā)射損耗顯微鏡的全保偏光纖激光點(diǎn)陣產(chǎn)生裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在傳統(tǒng)的光學(xué)顯微技術(shù)中，由于“阿貝衍射極限”的限制，顯微系統(tǒng)的分辨極限尺寸約為所使用光波波長(zhǎng)的一半。受激發(fā)射損耗(STED,stimulated emiss1n deplet1n)顯微鏡是一種新型的遠(yuǎn)場(chǎng)光學(xué)顯微技術(shù)，首先利用一束激發(fā)光激發(fā)樣品的熒光分子，然后使用另外一束激光，即消激發(fā)光，抑制樣品的熒光分子的自發(fā)熒光輻射，從而極大的壓縮樣品熒光信號(hào)的空間尺寸、最終實(shí)現(xiàn)納米量級(jí)的分辨率。其中，消激發(fā)光是STED顯微鏡突破衍射極限的關(guān)鍵，通常為中心為零光強(qiáng)的環(huán)形光束，是通過(guò)具有η相位變化的圓形相位板或螺旋形的0-2JT相位板調(diào)制高斯光束獲得。然而，STED顯微鏡的掃描方式為單點(diǎn)掃描，在每一個(gè)掃描位置只能獲得單點(diǎn)熒光信號(hào)，因此系統(tǒng)掃描、成像速度慢，信息的采集與處理效率低。
[0003]激光點(diǎn)陣是許多個(gè)單個(gè)激光光點(diǎn)的集合，點(diǎn)陣所包含的單個(gè)光點(diǎn)具有與其他光點(diǎn)相同的強(qiáng)度、尺寸、形狀等特點(diǎn)，在STED顯微鏡中使用激光點(diǎn)陣代替單個(gè)環(huán)形激光點(diǎn)掃描將會(huì)極大的提高激光的掃描速度、提升信息采集與處理效率、實(shí)現(xiàn)更高效的超分辨成像。PitBingen等人提出了采用兩個(gè)沃拉斯頓棱鏡將一束消激發(fā)光分為四束，然后通過(guò)光束整形元件將四束光轉(zhuǎn)變成環(huán)形光斑，最終在物鏡焦平面上形成了由四個(gè)環(huán)形光斑組成的激光陣列。然而，采用這種方式獲得的消激發(fā)光點(diǎn)陣包含的光斑數(shù)量少，對(duì)掃描速度的提升幅度非常有限;此外，點(diǎn)陣中的光斑分布在同一個(gè)菱形的四個(gè)頂點(diǎn)、且光斑之間間距大，增加了設(shè)計(jì)激光點(diǎn)陣掃描方式及后期數(shù)據(jù)處理的難度。
[0004]Andriy Chmyrov等人提出了一束消極發(fā)光分為一對(duì)正交偏振光束后，兩束光分別通過(guò)光柵平行偏振方向的透射光柵，然后在物鏡前使用偏振分光元件合束，經(jīng)物鏡在焦平面上產(chǎn)生大規(guī)模網(wǎng)格狀激光點(diǎn)陣。但是，經(jīng)光柵調(diào)制的消激發(fā)光光斑質(zhì)量不高、可調(diào)自由度較小、激光點(diǎn)陣穩(wěn)定性較差;此外，透射光柵對(duì)光束的能量損耗非常大，極大的削弱了激光點(diǎn)陣中消極發(fā)光光斑強(qiáng)度，不利于提高顯微鏡分辨率。
[0005]Bin Yang等提出了利用兩個(gè)沃拉斯頓棱鏡將一束消極發(fā)光分為兩對(duì)正交偏振光束，使用半波片對(duì)其中的一對(duì)正交偏振光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)90度，最終在物鏡的焦面上產(chǎn)生網(wǎng)格狀分布的激光點(diǎn)陣。還提出了采用空間光調(diào)制器SLM對(duì)消激發(fā)光調(diào)制然后在物鏡焦面上獲得網(wǎng)格狀激光點(diǎn)陣的方法。然而，經(jīng)過(guò)沃拉斯頓棱鏡后分束后光束分離角較大(可見(jiàn)光波段約17°-22° )，因此需要特別訂制大尺寸沃拉斯頓棱鏡來(lái)確保消極發(fā)光有效的分束;其次較大的分離角決定了分束后的光束需要特制的大尺寸光學(xué)透鏡組耦，或采用多組透鏡耦合到物鏡，不僅造成了光路在搭建的過(guò)程中得諸多困難，同時(shí)也增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。另一方面，使用SLM對(duì)消激發(fā)光調(diào)制極大的增加了光路的造價(jià)，而且SLM還會(huì)對(duì)光束的能量造成較大的損耗。
[0006]Fbian Bergermann等人提出了結(jié)合邁克爾遜干涉儀以及馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x在焦平面產(chǎn)生網(wǎng)格狀激光陣列。但是，采用這種方式實(shí)現(xiàn)點(diǎn)陣消極發(fā)光光斑的光路主體龐大，光路非常復(fù)雜，為整個(gè)STED系統(tǒng)的搭建以及光路調(diào)節(jié)帶來(lái)了許多困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題或缺陷，本發(fā)明的目的在于，提供一種可以為STED顯微鏡提供覆蓋面積大、光斑間距約為入射光半波長(zhǎng)、激光光斑形狀一致的大規(guī)模網(wǎng)格狀消激發(fā)激光點(diǎn)陣。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0009]用于受激發(fā)射損耗顯微鏡的全保偏光纖激光點(diǎn)陣產(chǎn)生裝置，包括沿消激發(fā)光傳播方向依次設(shè)置的二分之一波片、耦合物鏡、保偏光纖耦合器、光纖固定裝置、光束縮束器和高數(shù)值孔徑物鏡;保偏光纖耦合器出射端的多根保偏光纖中均設(shè)置有一個(gè)偏振控制器;保偏光纖耦合器出射端的多根保偏光纖的末端均穿過(guò)光纖固定裝置；
[0010]消激發(fā)光經(jīng)過(guò)二分之一波片調(diào)節(jié)后，經(jīng)耦合物鏡耦合，進(jìn)入保偏光纖耦合器中，被分為能量相等的多束線偏振光，每束線偏振光的偏振態(tài)由偏振控制器調(diào)節(jié);所述多根保偏光纖出射的多束線偏振光輸入到光束縮束器中親合，親合后的線偏振光經(jīng)由高數(shù)值孔徑物鏡匯聚生成消激發(fā)光激光點(diǎn)陣。
[0011 ]具體地，所述保偏光纖耦合器采用1 X 4保偏光纖耦合器，其具有一根入射端光纖，四根出射端光纖;保偏光纖耦合器將消激發(fā)光分成能量相等的4束線偏振光。
[0012]具體地，所述光纖固定裝置包括固定板，固定板上設(shè)置有多個(gè)開(kāi)孔，所述保偏光纖耦合器出射端的多根保偏光纖分別穿過(guò)多個(gè)開(kāi)孔。
[0013]進(jìn)一步地，所述耦合物鏡的主光軸與消激發(fā)光的中心軸線重合;所述保偏光纖耦合器的入射端的保偏光纖的端部位于耦合物鏡的焦點(diǎn)處。
[0014]具體地，所述光束縮束器包括沿光束傳播方向依次平行設(shè)置的第一透鏡和第二透鏡，二者主光軸重合；
[0015]所述保偏光纖耦合器出射端的多根保偏光纖的末端所形成的平面與第一透鏡物方焦面重合；
[0016]第二透鏡的物方焦面和第一透鏡的像方焦面重合；
[0017]第二透鏡的像方焦點(diǎn)和所述高數(shù)值孔徑物鏡的物方焦點(diǎn)重合。
[0018]進(jìn)一步地，所述光束縮束器(5)和高數(shù)值孔徑物鏡(6)之間設(shè)置有三色反射鏡(7)。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果:
[0020]1、設(shè)置保偏光纖耦合器將一束消激發(fā)光分為多束線偏振光，極大的簡(jiǎn)化了點(diǎn)陣式STED顯微鏡管路，且使得光束與物鏡的耦合更為簡(jiǎn)單方便。
[0021]2、在保偏光纖耦合器的出射端光纖中設(shè)置偏振控制器控制消激發(fā)光的偏振態(tài)，極大地方便了光束偏振態(tài)的調(diào)節(jié)和控制；同時(shí)加大了消激發(fā)光偏振態(tài)的可調(diào)性，有利于大面積、圖案豐富的激光點(diǎn)陣的產(chǎn)生。
[0022]3、本發(fā)明通過(guò)保偏光纖耦合器分束使各束線偏光具有了相等的能量，分束后的各束偏振光直接由保偏光纖進(jìn)行傳輸，利用這種全光纖結(jié)構(gòu)獲得的激光在物鏡焦平面處調(diào)制產(chǎn)生激光點(diǎn)陣光斑能量分布均勻、光斑質(zhì)量較高；同時(shí)，激光分束與傳輸?shù)娜Ｆ饫w結(jié)構(gòu)降低了光束分割與傳輸過(guò)程中能量損耗、外界環(huán)境擾動(dòng)對(duì)光束影響小、系統(tǒng)的穩(wěn)定性高;此夕卜，全光纖結(jié)構(gòu)更有利于點(diǎn)陣式STED系統(tǒng)的集成、小型化、工業(yè)化。
[0023]4、本發(fā)明的裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、調(diào)節(jié)方便、運(yùn)行穩(wěn)定、損耗相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)，偏振態(tài)正交的兩對(duì)激光束通過(guò)物鏡匯聚后，在物鏡焦平面處干涉產(chǎn)生穩(wěn)定的、激光光斑形狀一致的網(wǎng)格狀消激發(fā)激光點(diǎn)陣圖案，點(diǎn)陣中光斑重復(fù)周期約為入射光半波長(zhǎng)。通過(guò)采用具有高數(shù)值孔徑的物鏡增加光束在焦平面處的入射角度，可以為STED顯微鏡提供覆蓋面積大(約3 μπι X 3 μπι )、光斑間距約為入射光半波長(zhǎng)、激光光斑形狀一致的大規(guī)模網(wǎng)格狀消激發(fā)激光點(diǎn)陣。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2是保偏光纖耦合器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖中標(biāo)號(hào)代表:0一二分之一波片，1一親合物鏡，2一保偏光纖親合器，3一偏振控制器，4 一光纖固定裝置，5—光束縮束器，6—高數(shù)值孔徑物鏡，7—三色反射鏡，8—第一透鏡，9一第二透鏡。
[0027]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的方案作進(jìn)一步詳細(xì)地解釋和說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】
[0028]遵從上述技術(shù)方案，參見(jiàn)圖1，本發(fā)明的用于受激發(fā)射損耗顯微鏡的全保偏光纖激光點(diǎn)陣產(chǎn)生裝置，包括沿消激發(fā)光傳播方向依次設(shè)置的二分之一波片0、耦合物鏡1、保偏光纖耦合器2、光纖固定裝置4、光束縮束器5和高數(shù)值孔徑物鏡6;保偏光纖耦合器2出射端的多根保偏光纖中均設(shè)置有一個(gè)偏振控制器3 ；保偏光纖親合器2出射端的多根保偏光纖的末端均穿過(guò)光纖固定裝置4;保偏光纖耦合器2出射端的多根保偏光纖的末端均穿過(guò)光纖固定裝置4，所述的光纖固定裝置4用于調(diào)整和固定保偏光纖耦合器2出射端的