用于光脉冲调制的斩波器及基于调制脉冲的成像装置

1.本发明涉及光学领域，更具体地，涉及用于光脉冲调制的斩波器、光脉冲调制方法、基于多光束脉冲的超分辨光学成像装置及基于多光束脉冲的超分辨光学成像方法。


背景技术：

2.光束与物质的相互作用是基础科学研究中的重要内容，同时被广泛应用于成像、传感、信息传输与处理等信息化应用科学研究之中。一方面，光束与物质的相互作用，如光致变色、光热效应等，都是动态的过程，需要研究其随时间变化的特性并加以有效利用；另一方面，在成像和信息传输等应用中，对光束进行时域调制是实现信息加载、提取高对比度信号的重要手段。因此光束脉冲的产生与同步对科学研究和工业应用有重要意义。
3.现有斩波器、电光调制和声光调制可以实现对光束的占空比、出光顺序等进行调制，输出光束脉冲。但电光调制和声光调制更适用于单色光束。当将电光调制和声光调制这两种调控方式用于宽光谱的光束时，会存在色散、消光比低等问题，且调制设备的价格相对较高。而现有斩波器上的斩波叶片一般采用扇形通光区，所以现有斩波器调制产生的光束脉冲序列的占空比恒定，无法同时调制出不同占空比和不同出光顺序的多个光束脉冲序列。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种用于光脉冲调制的斩波器、光脉冲调制方法、基于多光束脉冲的超分辨光学成像装置及基于多光束脉冲的超分辨光学成像方法，以期至少部分地解决上述技术问题。
5.本发明提供了一种用于光脉冲调制的斩波器，包括：光学斩波片，设置有通光区域，其中，上述通光区域设置于上述光学斩波片上的中心点外围，上述通光区域的通光宽度沿上述中心点至上述光学斩波片的外缘的延伸方向不同。
6.根据本发明的实施例，其中，上述通光区域的通光宽度沿上述中心点至上述光学斩波片的外缘的延伸方向变大。
7.根据本发明的实施例，其中，上述光学斩波片的占空比大于0、且小于或者等于最大占空比，其中，上述最大占空比通过上述通光区域的最大通光宽度和通光区域中心夹角确定，上述通光区域中心夹角为上述最大通光宽度的两个端点与上述中心点之间的夹角。
8.根据本发明的实施例，其中，上述光学斩波片上设置有形状相同的多个通光区域，上述多个通光区域沿上述中心点外围圆周阵列设置。
9.根据本发明的实施例，其中，上述光学斩波片上设置有定位通光区域，上述定位通光区域与上述通光区域相连通，上述定位通光区域用于对上述光学斩波片的转速进行校准。
10.根据本发明的实施例，其中，上述斩波器还包括旋转电机，上述旋转电机与上述光学斩波片通过转动杆相连。
11.根据本发明的实施例，其中，上述斩波器还包括聚焦透镜，与上述光学斩波片间隔设置，上述聚焦透镜用于调节光束照射于上述光学斩波片上的位置。
12.本发明还提供了一种光脉冲调制方法，包括：
13.在用于光脉冲调制的斩波器的上述光学斩波片以上述中心点为中心转动的情况下，入射光束在照射于上述通光区域和非通光区域之间切换，得到具有脉冲调制的输出光，其中，上述非通光区域为上述光学斩波片的除上述通光区域外的区域。
14.本发明还提供了一种基于多光束脉冲的超分辨光学成像装置，包括：
15.出光单元，用于生成波长不同的多个光束；
16.用于光脉冲调制的斩波器，用于对上述多个光束同时进行脉冲调制，输出预定频率、不同占空比、和不同出光顺序的多个光束脉冲序列；
17.平行光调节单元，用于将上述多个光束脉冲序列转换为彼此平行的多个光束脉冲序列；
18.光束轮廓转换单元，用于将上述彼此平行的多个光束脉冲序列中的第一目标光束脉冲转换为空心光束脉冲；
19.分光单元，用于将上述彼此平行的多个光束脉冲序列中的第二目标光束脉冲分成透射光束脉冲和反射光束脉冲；
20.合束单元，用于接收上述彼此平行的多个光束脉冲序列中的除上述第一目标光束脉冲和上述第二目标光束脉冲外的光束脉冲序列、上述空心光束脉冲及上述透射光束脉冲，输出合束光束脉冲序列；
21.样品单元，用于接收上述合束光束脉冲序列，利用上述合束光束脉冲序列对待测样品中的荧光物质的电荷进行初始化以得到初始化电荷态、利用上述合束光束脉冲序列中的上述空心光束脉冲对经过初始化的电荷进行转换以得到转换电荷态以及利用上述合束光束脉冲序列中的上述透射光束脉冲对经过转换的电荷进行处理以保持上述转换电荷态，输出关于上述待测样品的荧光强度信号；
22.收集单元，用于接收上述荧光强度信号，以及输出经滤波处理得到的目标荧光强度信号；
23.控制单元，用于接收上述目标荧光强度信号，以及根据上述目标荧光强度信号生成超分辨图像。
24.本发明还提供了一种基于多光束脉冲的超分辨光学成像方法，包括：
25.利用上述出光单元输出波长不同的多个光束；
26.利用用于对光脉冲调制的斩波器对上述多个光束同时进行脉冲调制，输出预定频率、不同占空比、和不同出光顺序的多个光束脉冲序列；
27.利用平行光调节单元将上述多个光束脉冲序列转换为彼此平行的多个光束脉冲序列；
28.利用光束轮廓转换单元将上述彼此平行的多个光束脉冲序列中的第一目标光束脉冲转换为空心光束脉冲；
29.利用分光单元将上述彼此平行的多个光束脉冲序列中的第二目标光束脉冲分成透射光束脉冲和反射光束脉冲；
30.利用合束单元接收上述彼此平行的多个光束脉冲序列中的除上述第一目标光束
脉冲和上述第二目标光束脉冲外的光束脉冲序列、上述空心光束脉冲及上述透射光束脉冲，输出合束光束脉冲序列；
31.利用样品单元接收上述合束光束脉冲序列，上述样品单元利用上述合束光束脉冲序列对待测样品中的荧光物质的电荷进行初始化以得到初始化电荷态、利用上述合束光束脉冲序列中的上述空心光束脉冲对经过初始化的电荷进行转换以得到转换电荷态以及利用上述合束光束脉冲序列中的上述透射光束脉冲对经过转换的电荷进行处理以保持上述转换电荷态，输出关于上述待测样品的荧光强度信号；
32.利用收集单元接收上述荧光强度信号，以及输出经滤波处理得到的目标荧光强度信号；
33.利用控制单元接收上述目标荧光强度信号，以及根据上述目标荧光强度信号生成超分辨图像。
34.根据本发明的实施例，光学斩波片上设置有通光区域，通光区域设置于光学斩波片上的中心点外围，通光区域的通光宽度沿中心点至光学斩波片的外缘的延伸方向不同，使得提供的斩波器可以实现将波长不同的多个入射光束调制为不同占空比的多个光束脉冲序列。
35.根据本发明的实施例，光学斩波片上设置有形状相同的多个通光区域，多个通光区域沿所述中心点外围圆周阵列设置，通过调节多个通光区域的数量、多个通光区域沿所述中心点外围圆周排列方式可以实现对光束的脉冲频率进行调节。
36.根据本发明的实施例，斩波器包含旋转电机，可以通过改变旋转电机的转速实现对光束的脉冲频率进行调节。
37.根据本发明的实施例，斩波器包含聚焦透镜，聚焦透镜用于调节光束照射于光学斩波片上的位置，进而实现同时将波长不同的多个入射光束调制为不同出光顺序的多个光束脉冲序列。
38.根据本发明的实施例，光脉冲调制的斩波器可以用于基于多光束脉冲的超分辨光学成像装置，快速调制出同步的多个光束脉冲序列，拓宽了斩波器器件的实用性能与应用范围。
附图说明
39.通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
40.图1示意性示出了光学斩波片结构示意图；
41.图2示意性示出了光学斩波片结构设计参数示意图；
42.图3示意性示出了光学斩波片调制多光束脉冲的占空比的示意图；
43.图4示意性示出了多光束脉冲在一个光束脉冲变化周期内的通光时长示意图；
44.图5示意性示出了光学斩波片综合调制多光束脉冲的示意图；
45.图6示意性示出了多光束脉冲在一个光束脉冲变化周期内的通光时长及出光顺序示意图；
46.图7示意性示出了多光束脉冲的超分辨光学成像装置示意图；
47.图8示意性示出了波长不同的多个入射光束通过光学斩波片的通光区域的通光时
长及出光顺序示意图；
48.图9示意性示出了超分辨光学成像结果图，其中，图9(a)为传统共聚焦成像结果图，图9(b)为本发明超分辨成像结果图。
具体实施方式
49.以下，将参照附图来描述本发明的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
50.在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
51.在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
52.在使用类似于“a、b和c等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有a、b和c中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有a、单独具有b、单独具有c、具有a和b、具有a和c、具有b和c、和/或具有a、b、c的系统等)。在使用类似于“a、b或c等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有a、b或c中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有a、单独具有b、单独具有c、具有a和b、具有a和c、具有b和c、和/或具有a、b、c的系统等)。
53.光束脉冲的产生与同步对科学研究和工业应用有重要意义。现有斩波器的斩波叶片一般采用扇形通光区，调制产生的光束脉冲序列的占空比恒定。针对现有斩波器在调制光束脉冲序列时存在的问题，本发明提供了一种用于光脉冲调制的斩波器。本发明提供的用于光脉冲调制的斩波器包含的光学斩波片上设置有通光区域，通光区域设置于光学斩波片上的中心点外围，通光区域的通光宽度沿中心点至光学斩波片的外缘的延伸方向不同，所以本发明提供的斩波器可以实现同时将波长不同的多个入射光束调制为不同占空比的多个光束脉冲序列。此外，本发明提供的用于光脉冲调制的斩波器包含聚焦透镜，所以本发明提供的斩波器可以实现同时将波长不同的多个入射光束调制为不同出光顺序的多个光束脉冲序列。
54.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
55.图1示意性示出了光学斩波片结构示意图。
56.如图1所示，用于光脉冲调制的斩波器包括光学斩波片17。光学斩波片设置有通光区域171，其中，通光区域171设置于光学斩波片17上的中心点外围，通光区域171的通光宽度沿中心点至光学斩波片17的外缘的延伸方向不同。
57.根据本发明的实施例，通光区域与光学斩波片上的中心点的最小距离，称为中心
距离，为d，d大于0。
58.根据本发明的实施例，通光区域的通光宽度沿中心点至光学斩波片的外缘的延伸方向变大。
59.根据本发明的实施例，光学斩波片上设置有形状相同的多个通光区域，多个通光区域沿中心点外围圆周阵列设置。例如，光学斩波片的多个通光区域的形状可以为扇形、等边三角形或者等腰三角形等，多个通光区域的形状可以根据具体实施例进行选择。
60.根据本发明的实施例，多个形状相同的多个通光区域可以沿中心点外围圆周等间隔分布也可以非均匀分布。当多个形状相同的多个通光区域沿中心点外围圆周等间隔分布时，多个通光区域的数量越多，光学斩波片的通光频率越高。多个通光区域沿中心点外围圆周的分布方式可以根据具体实施例进行选择。
61.如图1所示的光学斩波片17上设置有定位通光区域173，定位通光区域173与通光区域171相连通，定位通光区域173用于对光学斩波片17的转速进行校准。
62.根据本发明的实施例，定位通光区域可以为任意形状。例如可以为半椭圆、方形等。
63.根据本发明的实施例，斩波器还包括旋转电机，旋转电机与光学斩波片通过转动杆相连。
64.如图1所示的光学斩波片上设置有中心孔175及固定孔174，中心孔175设置于中心点处，固定孔174设置于中心孔175外围，固定孔174设置有多个，中心孔175与固定孔174用于将光学斩波片17与转动杆进行安装。
65.根据本发明的实施例，旋转电机的转速越高，光学斩波片的通光频率越高。例如：当多个通光区域的数量设置为10个、多个通光区域沿中心点外围圆周等间隔分布及旋转电机的转速设置为100转/秒时，光学斩波片可以实现1000hz的光脉冲调控。
66.根据本发明的实施例，其中，斩波器还包括聚焦透镜，与光学斩波片间隔设置，聚焦透镜用于调节光束照射于光学斩波片上的位置。
67.根据本发明的实施例，光学斩波片的材料包括有弹簧钢；光学斩波片的表面涂覆有吸光层。
68.图2示意性示出了光学斩波片结构设计参数示意图。图2中的光学斩波片以弹簧钢为材料制作而成，对光学斩波片的表面进行黑色喷砂氧化处理。光学斩波片的整体形状为圆形，直径为101.6毫米，光学斩波片上设置有10个沿中心点至光学斩波片的外缘方向等间距分布的等腰三角形通光区域。
69.根据本发明的实施例，光学斩波片的占空比大于0、且小于或者等于最大占空比，最大占空比通过通光区域的最大通光宽度和通光区域中心夹角确定，通光区域中心夹角为最大通光宽度的两个端点与中心点之间的夹角。占空比的定义为在一个光束脉冲变化周期内，入射光束通过光学斩波片的通光区域的出光时间与被光学斩波片阻挡而不能出光的时间的比值。
70.如图2所示，等腰三角形通光区域中的等腰三角形的腰长l为27毫米，底边长s为19毫米，即通光区域的最大通光宽度，顶角为内角度β，β取值为41度，通光区域的顶点与中心点的距离d为20.7毫米，底边上的两个顶点与光学斩波片的中心点组成的夹角为外角度α，即通光区域的最大夹角，α取值为23度，光学斩波片的最大占空比为1.54∶1。
71.图3示意性示出了光学斩波片调制多光束脉冲的占空比的示意图。
72.图4示意性示出了多光束脉冲在一个光束脉冲变化周期内的通光时长示意图。
73.图3与图2中的光学斩波片的结构参数保持一致。如图3所示，光束1与光束2经过聚焦透镜后照射于光学斩波片的不同位置上，光束1与中心点之间的距离为r1，光束2与中心点之间的距离为r2，r1大于r2，箭头代表光学斩波片的旋转方向。在一个光束脉冲变化周期内，光束1与光束2通过光学斩波片的通光区域的通光时长如图4所示。由图4可知，在一个光束脉冲变化周期内，光束1的通光时间大于光束2的通光时间，因此光束1通过光学斩波片的占空比大于光束2通过光学斩波片的占空比。由此可知，随着入射光束与中心点之间的距离的增大，入射光束通过光学斩波片的占空比增大。所以通过控制入射光束与中心点之间的距离，光学斩波片可以实现同时对多光束脉冲的占空比进行调控。
74.如图3所示的光学斩波片结构，由入射光束与中心点之间的距离r计算占空比l的公式(1)
[0075][0076]
其中，r表示入射光束与中心点之间的距离，d表示通光区域的顶点与中心点的距离，β表示通光区域的顶角，n表示通光区域的个数。
[0077]
进一步说明将不同波长的多个光束与中心点的距离r调整到不同的值，光学斩波片可产生不同占空比的多光束脉冲序列。
[0078]
根据本发明的实施例，本发明提供了一种光脉冲调制方法，包括：
[0079]
在如用于光脉冲调制的斩波器的光学斩波片以中心点为中心转动的情况下，入射光束在照射于通光区域和非通光区域之间切换，得到具有脉冲调制的输出光，其中，非通光区域为光学斩波片的除通光区域外的区域。
[0080]
将入射光束沿中心点至光学斩波片的外缘的延伸方向到光学斩波片的中心点的距离调整为不同的值将对光束的占空比进行调节。
[0081]
图5示意性示出了光学斩波片综合调制多光束脉冲的示意图。
[0082]
图6示意性示出了多光束脉冲在一个光束脉冲变化周期内的通光时长及出光顺序示意图。
[0083]
如图5所示，以光学斩波片的中心点为极心，以其中一个等腰三角形的通光区域为例，通光区域的左顶点与光学斩波片的中心点的连线为极轴，建立极坐标系(r，θ)。光束3的极径为r3，极角为θ3，光束4的极径为r4，极角为θ4，其中r3大于r4，θ3小于θ4，箭头代表光学斩波片的旋转方向。在一个光束脉冲变化周期内，光束3与光束4通过光学斩波片的通光区域的通光时长及出光顺序如图6所示。由图6可知，在一个光束脉冲变化周期内，光束3的通光时间大于光束4的通光时间，光束3的出光时间早于光束4。因此光束3通过光学斩波片的占空比大于光束4通过光学斩波片的占空比，光束3的出光时间早于光束4，光学斩波片实现了同时将多个入射光束调制为不同占空比和不同出光顺序的多个光束脉冲序列。
[0084]
根据本公开的实施例，可以通过控制多个入射光束的极轴与极角间的关系，控制多个入射光束中每个入射光束通过等腰三角形通光区域的时间顺序，进而光学斩波片实现将多个入射光束调控为不同出光顺序的多个光束脉冲序列。
[0085]
如图5所示的光学斩波片，在三角形通光区域数量设置为10个的情况下，将旋转电
机的转速设置为20转/秒，光学斩波片将光束3与光束4调制为频率为200hz的脉冲序列，当将旋转电机的转速设置为30转/秒，光学斩波片将光束3与光束4调制为频率为300hz的脉冲序列，所以通过设置通光区域数量及旋转电机的转速，光学斩波片可以实现同时将多个入射光束调制为特定频率的多个光束脉冲序列。
[0086]
根据本发明的实施例，本发明提供了一种基于多光束脉冲的超分辨光学成像装置，包括：出光单元、用于光脉冲调制的斩波器、平行光调节单元、光束轮廓转换单元、分光单元、合束单元、样品单元、收集单元及控制单元。
[0087]
根据本发明的实施例，出光单元用于生成波长不同的多个光束。出光单元可以包括多个生成不同波长的激光器。
[0088]
图7示意性示出了多光束脉冲的超分辨光学成像装置示意图。
[0089]
图8示意性示出了波长不同的多个入射光束通过光学斩波片的通光区域的通光时长及出光顺序示意图。
[0090]
如图7所示，组成出光单元的激光器为：新产业公司生产的型号为mrl-iii-637-200mw的637纳米激光器11，新产业公司生产的型号为mgl-iii-589-30mw的589纳米激光器12和新产业公司生产的型号mgl-iii-532-300mw的532纳米激光器13。
[0091]
根据本发明的实施例，用于光脉冲调制的斩波器用于对多个光束同时进行脉冲调制，输出预定频率、不同占空比、和不同出光顺序的多个光束脉冲序列。如图7所示，用于光脉冲调制的斩波器包含光学斩波片17、聚焦透镜14，聚焦透镜15及聚焦透镜16。
[0092]
根据本发明的实施例，例如，采用图2所示的光学斩波片的结构参数，旋转电机的转速为50转/秒，三个激光器发射的波长分别为532纳米，589纳米，637纳米。532纳米的光束的r为26.66毫米，θ为5
°
，589纳米的光束的r为22.96毫米，θ为27
°
，637纳米的光束的r为37.74毫米，θ为15
°
。最终532纳米，589纳米，637纳米的光束通过光学斩波片的占空比分别为1∶3，1∶8和1∶2，出光顺序为532纳米-637纳米-589纳米，重复频率为500hz。
[0093]
根据本发明的实施例，多个光束脉冲序列在一个变化周期内，589纳米，637纳米，532纳米的光束通过光学斩波片的通光区域的通光时长及出光顺序如图8所示。由图8可知，637纳米的光束的通光时间大于532纳米的光束的通光时间，532纳米的光束的通光时间大于589纳米的光束的通光时间，532纳米的光束的出光时间早于637纳米的光束，637纳米的光束的出光时间早于589纳米的光束，且在一个具体的时间段内，只有一束光束从光学斩波片上的通光区域通过。
[0094]
根据本发明的实施例，平行光调节单元用于将多个光束脉冲序列转换为彼此平行的多个光束脉冲序列。平行光调节单元可以包括多个凸透镜，凸透镜的数量根据具体应用情况确定。如图7所示，平行光调节单元包括凸透镜18、凸透镜19及凸透镜20。
[0095]
根据本发明的实施例，光束轮廓转换单元用于将彼此平行的多个光束脉冲序列中的第一目标光束脉冲转换为空心光束脉冲。根据本发明的实施例，光束轮廓转换单元可以为螺旋相位片或涡旋相位板。如图7所示，将637纳米的光束脉冲作为第一目标光束脉冲，选择螺旋相位片21将637纳米的光束脉冲转换为空心光束脉冲。
[0096]
根据本发明的实施例，分光单元用于将彼此平行的多个光束脉冲序列中的第二目标光束脉冲分成透射光束脉冲和反射光束脉冲。分光单元可以为光分束镜。如图7所示，将589纳米的光束脉冲作为第二目标光束脉冲，用光分束镜22将589纳米的光束脉冲分成透射
光束脉冲和反射光束脉冲。
[0097]
根据本发明的实施例，合束单元用于接收彼此平行的多个光束脉冲序列中的除第一目标光束脉冲和第二目标光束脉冲外的光束脉冲序列、空心光束脉冲及透射光束脉冲，输出合束光束脉冲序列。
[0098]
根据本发明的实施例，合束单元可以包括多个反射镜和多个双色片。多个反射镜用于调节光路传播方向，多个双色片用于将来自不同传播方向的多个光束脉冲进行合束。如图7所示，合束单元包括：反射镜24、美国semrock公司生产的型号为ff605-di02-25
×
36的双色片25及美国semrock公司生产的型号为ff555-di03-25
×
36的双色片26。
[0099]
根据本发明的实施例，样品单元用于接收合束光束脉冲序列，利用合束光束脉冲序列对待测样品中的荧光物质的电荷进行初始化以得到初始化电荷态、利用合束光束脉冲序列中的空心光束脉冲对经过初始化的电荷进行转换以得到转换电荷态以及利用合束光束脉冲序列中的透射光束脉冲对经过转换的电荷进行处理以保持转换电荷态，输出关于待测样品的荧光强度信号。
[0100]
根据本发明的实施例，如图7所示，待测样品为经光束脉冲照射发出稳定荧光的含有氮-空位色心的纳米金刚石29，用合束光束脉冲序列中的532纳米的光束脉冲照射纳米金刚石29，对其中的氮-空位色心的电荷进行初始化，得到初始化电荷态。然后，用合束光束脉冲序列中的637纳米的空心光束脉冲照射纳米金刚石29，对其中的氮-空位色心的经过初始化的电荷进行转换以得到转换电荷态。最后用合束光束脉冲序列中的589纳米的透射光束脉冲照射纳米金刚石29，对其中的氮-空位色心的经过转换的电荷进行处理以保持转换电荷态，使其中的氮-空位色心辐射经前两束光束脉冲照射后反馈出的荧光。
[0101]
根据本发明的实施例，如图7所示样品单元还包括物镜28及压电位移台30。物镜28用于接收合束光束并收集纳米金刚石25辐射经前两束光束脉冲照射后反馈出的荧光。压电陶瓷位移台30将含纳米金刚石29的待测像素点以纳米精度移动到预设位置。例如：给压电位移台30一个包含位置信息的二维数组序列，压电位移台30控制纳米金刚石29按照特定的顺序移动到不同的位置，并在每个位置上停留0.05秒。
[0102]
根据本发明的实施例，收集单元，用于接收荧光强度信号，以及输出经滤波处理得到的目标荧光强度信号。
[0103]
根据本发明的实施例，收集单元可以包括双色片、多个凸透镜、通光小孔及长通滤波片。双色片用于滤光，将荧光与激发光分离。凸透镜及通光小孔用于改变荧光的聚焦状态。长通滤波片用于滤除除荧光外的其它光束。如图7所示，收集单元包括：美国semrock公司生产的型号为ff640-fdi01-25
×
36的双色片27、凸透镜31、通光小孔32、凸透镜33及美国semrock公司生产的型号为blp01-647r-25的长通滤波片34。
[0104]
根据本发明的实施例，控制单元，用于接收目标荧光强度信号，以及根据目标荧光强度信号生成超分辨图像。
[0105]
根据本发明的实施例，控制单元包括光电探测器、单光子探测模块及数据采集模块。如图7所示，单光子探测模块35用于将接收到的目标荧光强度信号转换为电脉冲信号，电脉冲信号中的电脉冲的数量对应目标荧光强度信号中的荧光光子的数量。光电探测器23用于接收589纳米的反射光束脉冲，同时控制采集设备36收集单光子探测模块输出的电脉冲信号，最终得到纳米金刚石的超分辨光学成像结果。
[0106]
根据本发明的实施例，本发明提供了一种基于多光束脉冲的超分辨光学成像方法，包括：
[0107]
利用出光单元输出波长不同的多个光束；
[0108]
利用用于对光脉冲调制的斩波器对多个光束同时进行脉冲调制，输出预定频率、不同占空比、和不同出光顺序的多个光束脉冲序列；
[0109]
利用平行光调节单元将多个光束脉冲序列转换为彼此平行的多个光束脉冲序列；
[0110]
利用光束轮廓转换单元将彼此平行的多个光束脉冲序列中的第一目标光束脉冲转换为空心光束脉冲；
[0111]
利用分光单元将彼此平行的多个光束脉冲序列中的第二目标光束脉冲分成透射光束脉冲和反射光束脉冲；
[0112]
利用合束单元接收彼此平行的多个光束脉冲序列中的除第一目标光束脉冲和第二目标光束脉冲外的光束脉冲序列、空心光束脉冲及透射光束脉冲，输出合束光束脉冲序列；
[0113]
利用样品单元接收合束光束脉冲序列，样品单元利用合束光束脉冲序列对待测样品中的荧光物质的电荷进行初始化以得到初始化电荷态、利用合束光束脉冲序列中的空心光束脉冲对经过初始化的电荷进行转换以得到转换电荷态以及利用合束光束脉冲序列中的透射光束脉冲对经过转换的电荷进行处理以保持转换电荷态，输出关于待测样品的荧光强度信号；
[0114]
利用收集单元接收荧光强度信号，以及输出经滤波处理得到的目标荧光强度信号；
[0115]
利用控制单元接收目标荧光强度信号，以及根据目标荧光强度信号生成超分辨图像。
[0116]
根据本发明的实施例，利用上述基于多光束脉冲的超分辨光学成像方法循环泵浦纳米金刚石，将光学成像分辨率从370纳米提高至80纳米。具体超分辨光学成像结果如图9所示，图9(a)为传统共聚焦成像结果图，图9(b)为本发明超分辨成像结果图，对比图9(a)与图9(b)的成像结果可知，在200纳米范围内，本发明可以分辨出两个位置相近的纳米金刚石，传统共聚焦成像方法将两个位置相近的纳米金刚石的成像点识别为一个。
[0117]
以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。