專利名稱：一種多波長顯微照明裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種多波長顯微照明裝置，屬于光學顯微成像領域。
背景技術：
光學顯微成像以其非侵入式三維成像能力，在生命科學成像研究中仍然占據大約 80 % 的份額(Stefan W. Hell, et al.，Science，316，25 (2007))。隨著光學顯微成像技術的發(fā)展，出現了多色激發(fā)熒光顯微鏡(Amit Agrawal, et al.，PNAS，105，9， 3298-3303 (2008))、受激輻射耗盡超分辨顯微鏡(Thomas A. Klar, et. al.，Physical review Ε.，64，066613 (2001) ；Marcus Dyba, et. al.，Phys. Rev. Lett.，88(16)， 163901 (2002))、以及相干反斯托克斯拉曼散射顯微鏡(Andreas Zumbusch, et. al.，Phys. Rev. Lett.，82，20，4142-4145 (1999))等，所有這些顯微成像技術都需要多波長激發(fā)。傳統(tǒng)的顯微鏡多波長激發(fā)光源是鹵素燈或者氙燈，但是這種光源的光譜能量密度很低，需要高表達的樣品和高靈敏度探測器，限制了在低表達樣品和弱信號探測中的應用。激光光源可以提供非常高的能量密度，適用于對低表達樣品的弱信號顯微成像。使用多臺脈沖激光器可以提供多個激發(fā)波長，但是在顯微成像中往往要求幾列激光脈沖同時到達或者具有固定的延遲時間，不同激光器之間的脈沖同步時間漂移會導致顯微成像質量的降低甚至成像失敗，而且脈沖激光器往往只有幾個固定的輸出波長，只能提供為數不多的樣品所需要的激發(fā)波長，多臺脈沖激光光源也會導致高昂的設備成本。連續(xù)輸出激光器可以提供很多激光波長，而且不存在同步失調問題，但是連續(xù)輸出激光難以達到較高的能量密度，而且連續(xù)激發(fā)樣品會導致樣品的變性甚至損壞。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種多波長顯微照明裝置；所述裝置中，由同一臺脈沖激光器同時提供多個激發(fā)波長，克服了非激光光源能量密度低下的缺點，克服了多臺脈沖激光器同步失調和波長數有限的缺點，克服了連續(xù)輸出激光器能量密度低下和連續(xù)激發(fā)樣品導致的樣品變性甚至損壞的缺點。本發(fā)明提供的一種多波長顯微照明裝置，皮秒脈沖激光器或飛秒脈沖激光器輸出的激光脈沖入射到非線性光子晶體光纖上得到寬帶激光光源；所述寬帶激光光源輸出的脈沖激光入射到聲光調制器上得到重復頻率的激光脈沖光束；所述激光脈沖光束的光路上設有光束分離器和若干個反射鏡，將所述激光光束分離為η束平行的輸出光束，η為> 2的自然數；每束所述輸出光束的光路上均依次設有色散棱鏡或散射光柵、透鏡a、空間光調制器和透鏡b ;(n-l)束所述輸出光束經過所述色散棱鏡或散射光柵、透鏡a、空間光調制器和透鏡b后再分別經過直角棱鏡，得到不同延遲時間的η束平行的輸出光束。上述的照明裝置中，應用所述非線性光子晶體光纖的超連續(xù)產生可以提供高亮度超寬帶光譜，由同一臺寬帶脈沖激光器同時提供多個激發(fā)波長；利用所述激光光束的光路上設有光束分離器獲得需要的η束激光脈沖。
3
熒光分子光漂白的主要原因之一是由于熒光分子躍遷到三重態(tài)所致，由于三重態(tài)為亞穩(wěn)態(tài)，平均壽命大約在微秒量級，不能及時躍遷到分子的基態(tài)，導致熒光分子漂白。適當調節(jié)選擇激發(fā)光脈沖重復頻率，使得處于三重態(tài)的分子有充分的時間躍遷到基態(tài)，就可以有效地降低光漂白效應。另外，在用顯微系統(tǒng)進行的分子動力學行為研究中，也需要控制激發(fā)脈沖的重復頻率，以觀察單分子動力學行為，本發(fā)明通過聲光調制器實現上述激光脈沖重復頻率調節(jié)功能。上述的照明裝置中，所述η束輸出光路上依次設置的色散棱鏡或者色散光柵、透鏡a、空間光調制器和透鏡b (組成波長選擇器)，可以根據顯微系統(tǒng)照明波長的需要，選擇一束或幾束不同波長的脈沖激光。上述的照明裝置中，η束所述合適波長的輸出激光脈沖光束分別經過單模光纖耦合器，輸出高質量的單模光束。上述的照明裝置中，所述直角棱鏡可由兩個垂直放置的反射鏡組成。對于不同的顯微成像方式，對照明脈沖之間的同步延遲時間有不同的要求，比如超分辨受激輻射耗盡顯微鏡要求耗盡光脈沖比激發(fā)光脈沖延遲幾個皮秒，而相干反斯托克斯拉曼散射顯微鏡要求泵浦脈沖和斯托克斯脈沖嚴格同步，在分子動力學的泵浦探針試驗中，泵浦脈沖和探針脈沖之間的同步延遲時間需要根據實驗要求而定。本發(fā)明中設置的光學延遲線(放置在一維微位移臺上的直角棱鏡或者兩只垂直放置的反射鏡)實現上述要求；在所述輸出光束的光路中加入所述直角棱鏡，通過調節(jié)不同波長脈沖的光程實現不同時間延遲。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(1)由所述激光光源提供照明，克服了非激光光源能量密度低下的缺點；可以提供從近紫外到中紅外的寬廣波帶范圍內的激光波長，而且可以達到 lnj/nm以上的光譜能量密度，可以適用于絕大多數熒光和拉曼樣品的激發(fā)；(2)由同一臺所述脈沖激光器同時提供具有多個激發(fā)波長的激光光源，克服了多臺脈沖激光器同步失調和波長數有限的缺點，同時降低了設備的成本；C3)由同一臺所述脈沖激光器輸出的所述激光光源提供照明，一定程度上克服了連續(xù)輸出激光器連續(xù)激發(fā)樣品導致的樣品變性甚至損壞的缺點。


圖1為本發(fā)明實施例1的顯微照明裝置的結構示意圖。圖2為使用實施例1的顯微照明裝置對熒光標記的納米微球的共聚焦和STED顯微圖像。圖中各標記如下1皮秒脈沖激光器、2非線性光子晶體光纖、3聲光調制器、4，6， 7,13，15反射鏡、5光束分離器、8色散棱鏡、9透鏡a、10空間光調制器、11透鏡b、12單模光纖耦合器、14直角棱鏡。
具體實施例方式下面結合實施例對本發(fā)明做進一步說明，但本發(fā)明并不局限于以下實施例。實施例1、顯微照明裝置本發(fā)明提供的顯微照明裝置，在皮秒脈沖激光器1輸出的激光光源入射到非線性光子晶體光纖2上，得到了寬帶激光光源；該寬帶激光光源輸出的脈沖激光入射到聲光調制器3上，通過控制聲光調制器3的射頻脈沖重復頻率即可控制輸出激光脈沖的重復頻率， 得到了合適的重復頻率的激光脈沖光束；該激光光束通過反射鏡4耦合進入光束分離器5， 得到兩束平行的輸出光束；每路輸出光束經過反射鏡7耦合進入波長選擇器，波長選擇器由色散棱鏡8、透鏡a9、空間光調制器10、透鏡bll組成，波長選擇器用于獲得合適波長的輸出激光脈沖，透鏡a9和透鏡bll組成4f系統(tǒng)保證了不同波長選擇時不致出現明顯的光路偏離，波長選擇后的輸出激光脈沖經過單模光纖耦合器12輸出高質量的單模激光脈沖；其中一路激光脈沖再依次經反射鏡13、直角棱鏡14和反射鏡15后平行輸出，通過移動直角棱鏡14調節(jié)該激光脈沖的光程以實現兩激光脈沖之間的不同時間延遲。上述的顯微照明裝置中，激光光源還可為飛秒激光器；色散棱鏡還可以為散射光柵；直角棱鏡可由兩只垂直放置的反射鏡組成；輸出光束的條數可以根據需要進行設置； 輸出光束的波長也可以根據需要進行選擇。使用上述顯微照明裝置對熒光標記的直徑為40納米的納米微球進行了共聚焦和受激輻射耗盡顯微(STED)成像試驗，通過波長選擇器(色散棱鏡8、透鏡a9、空間光調制器 10、透鏡bll)選擇合適的激發(fā)和受激輻射耗盡波長，通過光學延遲線(直角棱鏡14)調節(jié)合適的同步延遲時間，獲得了圖2右圖所示受激輻射耗盡顯微圖像(7. 6umX7. Oum，256像素 X236像素)。其中左圖為其對應的共聚焦顯微圖像，可以看到在受激輻射耗盡顯微圖像中兩個納米微球可以清晰分辨，小球亮度的半高全寬為110納米，而對應的共聚焦圖像中亮斑的半高全寬為580納米，實現了光學超分辨成像。上述顯微照明裝置還適用于相干反斯托克斯拉曼散射顯微成像、多色熒光成像、 多色非線性光學成像等。
權利要求
1.一種多波長顯微照明裝置，其特征在于皮秒脈沖激光器或飛秒脈沖激光器輸出的激光脈沖入射到非線性光子晶體光纖上得到寬帶激光光源；所述寬帶激光光源輸出的脈沖激光入射到聲光調制器上得到重復頻率的激光脈沖光束；所述激光脈沖光束的光路上設有光束分離器和若干個反射鏡，將所述激光光束分離為η束平行的輸出光束，η為> 2的自然數；每束所述輸出光束的光路上均依次設有色散棱鏡或散射光柵、透鏡a、空間光調制器和透鏡b ;(n-l)束所述輸出光束經過所述色散棱鏡或散射光柵、透鏡a、空間光調制器和透鏡 b后再分別經過直角棱鏡，得到不同延遲時間的η束平行的輸出光束。
2.根據權利要求1所述的照明裝置，其特征在于η束所述輸出光束依次經過所述色散棱鏡或散射光柵、透鏡a、空間光調制器和透鏡b后再分別經過光纖耦合器。
3.根據權利要求2所述的照明裝置，其特征在于所述光纖耦合器為單模光纖耦合器。
4.根據權利要求1-3中任一所述的照明裝置，其特征在于所述直角棱鏡由兩只垂直放置的反射鏡組成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種多波長顯微照明裝置。所述裝置中，皮秒脈沖激光器或飛秒脈沖激光器輸出的激光脈沖入射到非線性光子晶體光纖上得到寬帶激光光源；所述寬帶激光光源輸出的脈沖激光入射到聲光調制器上得到重復頻率的激光脈沖光束；所述激光脈沖光束的光路上設有光束分離器和若干個反射鏡，將所述激光光束分離為n束平行的輸出光束，n為≥2的自然數；每束所述輸出光束的光路上均依次設有色散棱鏡或散射光柵、透鏡a、空間光調制器和透鏡b；(n-1)束所述輸出光束經過所述色散棱鏡或散射光柵、透鏡a、空間光調制器和透鏡b后再分別經過直角棱鏡，得到不同延遲時間的n束平行的輸出光束。本發(fā)明提供的裝置可以提供從近紫外到中紅外的寬廣波帶范圍內的激光波長，而且可以達到1nJ/nm以上的光譜能量密度，可以適用于絕大多數熒光和拉曼樣品的激發(fā)，而且多個波長來自于同一激光光源，不存在同步時間失調問題，使用一臺脈沖激光器還可以極大地降低設備的成本。
文檔編號G02F1/365GK102162907SQ20111009509
公開日2011年8月24日 申請日期2011年4月15日 優(yōu)先權日2011年4月15日
發(fā)明者方曉紅, 袁景和 申請人:中國科學院化學研究所