一种快速三维多参量非线性光学表征显微成像系统

技术特征：
1.一种快速三维多参量非线性光学表征显微成像系统，其特征在于，包括信号生成与探测装置及成像处理终端；所述信号生成与探测装置包括：激发光路模块(101)，用于产生实现多种非线性过程的激发光并空间共线入射至扫描显微镜；扫描与聚焦模块(102)，用于将激发光路模块(101)的激光聚焦到样品承载片(23)上的样品，并实现扫描激发；样品控制模块(103)，用于承载与移动样品；非线性信号探测模块(104)，用于探测经样品承载片上的样品而产生的多种非线性信号；所述成像处理终端包括：信号解调模块(105)，用于非线性信号探测的信号解调；信号采集与同步控制(106)，用于实现多参量非线性信号的同步采集与扫描显微镜的同步控制以及图像重构与保存。2.根据权利要求1所述的快速三维多参量非线性光学表征显微成像系统，其特征在于，所述激发光路模块(101)包括：飞秒激光器(1)，用于同步输出至少两束飞秒级的激光；第一玻璃棒(2)，用于将一束飞秒激光线性啁啾展宽为皮秒光束；第二玻璃棒(3)，用于将另一束飞秒激光线性啁啾展宽为皮秒光束；第一半波片(4)，用于改变所述线性啁啾后的一束皮秒激光的线偏振角度；第二半波片(5)，用于改变所述线性啁啾后的另一束皮秒激光的线偏振角度；电光调制器(6)，用于对经过第二半波片(5)的激光进行强度调制；信号发生器(7)，用于产生所述电光调制器(6)所需的模拟电压信号；第一偏振分束器(9)，用于将所述电光调制器(6)调制后的光束分离为水平偏振态与垂直偏振态；第一时间延迟单元(8)，用于调节第一半波片(4)输出的激光光路的光程，用于匹配一个分子振动的拉曼频差；第二时间延迟单元(10)，用于调节第一偏振分束器(9)分出的一束激光光路的光程，用于匹配另一个分子振动的拉曼频差；第二偏振分束器(11)，用于将穿过所述第二时间延迟单元(10)的激光与所述偏振分束器分离的另一束激光进行偏振耦合；第三半波片(12)，用于改变经所述第二偏振分束器(11)合束的激光光束的线偏振角度；第一二向色镜(13)，用于将经过所述第一时间延迟单元(8)的激光与经过所述第三半波片(12)的激光光束进行波长合束；第四半波片(14)，用于改变所述第一二向色镜(13)合束后的激光光束的线偏振角度，并结合第三偏振分束器(15)调节激光功率；第三偏振分束器(15)，用于将经过所述第四半波片(14)的激光光束进行偏振分离，水平偏振输出为高斯光束，垂直偏振态用于产生贝塞尔光束；
贝塞尔光束生成模块(16)，用于产生具有无衍射与自愈特性的贝塞尔光束；切换镜(17)，用于切换光束通路可使所述高斯光束通过入射至扫描与聚焦模块(102)，或者使贝塞尔光束经反射后入射至扫描与聚焦模块(102)。3.根据权利要求2所述的快速三维多参量非线性光学表征显微成像系统，其特征在于，所述第一时间延迟单元(8)包括：第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜，均用于反射激光，第二反射镜和第三反射镜且对称放置在位移台上，所述经过第一半波片(4)的激光依次经过第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜，传输至所述第一二向色镜(13)。4.根据权利要求3所述的快速三维多参量非线性光学表征显微成像系统，其特征在于，所述第二时间延迟单元(10)包括：第五反射镜和第六反射镜，且对称放置在位移台上，所述经过第一偏振分束器(9)的垂直偏振态光束分别经过第五反射镜和第六反射镜，传输至第二偏振分束器(11)；所述贝塞尔光束生成模块(16)包括贝塞尔光束产生器件和透镜组，所述贝塞尔光束产生器件为轴棱锥、变形镜、环缝透镜和空间光调制器，所述透镜组用于贝塞尔光束准直扩束，并匹配物镜(22)对入射光的参数需求。5.根据权利要求1所述的快速三维多参量非线性光学表征显微成像系统，其特征在于，所述扫描与聚焦模块(102)包括：扫描装置(18)、扫描透镜(19)、套筒透镜(20)及物镜(22)；所述激发光路模块(101)激发的激光依次经过所述扫描装置(18)、扫描透镜(19)、套筒透镜(20)及物镜(22)聚焦到所述样品承载片(23)上的样品。6.根据权利要求5所述的快速三维多参量非线性光学表征显微成像系统，其特征在于，所述扫描装置(18)包括xy二维摆镜，或者，x方向的共振镜和y方向的检流计，或者，x方向的第一检流计和y方向的第二检流计，或者，x方向的第一声光偏转器和y方向的第二声光偏转器，或者，数字微镜阵列。7.根据权利要求1所述的快速三维多参量非线性光学表征显微成像系统，其特征在于，所述样品控制模块(103)，包括样品夹持器和xy二轴位移台，所述样品夹持器用于细胞、切片以及样品固定，所述xy二轴位移台用于手动或电动移动样品，用于选择感兴趣区域进行成像。8.根据权利要求5所述的快速三维多参量非线性光学表征显微成像系统，其特征在于，所述非线性信号探测模块(104)包括透射光信号探测模块和反射光信号探测模块；所述透射光处理模块包括聚光镜(24)、第一透镜组(25)、第一滤光片组(26)、第四偏振分束器(27)、双通道光电探测模块(32)，所述透射光依次经过聚光镜(24)、第一透镜组(25)、第一滤光片组(26)、第四偏振分束器(27)，分离为水平偏振探测光和垂直偏振探测光，被所述双通道光电探测模块(32)探测，生成第一、第二电压信号；所说激发光路模块(101)产生的激发光束经所述扫描与聚焦模块(102)激发所述样品控制模块(103)中的样品，经样品后的前向散射信号由透射光处理模块进行探测与解调，经样品后的后向散射信号通过所述物镜(22)进行收集，由反射光处理模块(29)进行信号分离与探测；反射光处理模块(29)包括第二二向色镜(21)、第二透镜组、第二滤光片组、多路光电倍增管；所述第二二向色镜(21)放置于所述套筒透镜(20)和所述物镜(22)之间，用于反射样
品产生的非线性信号至所述第二透镜组，并透射激发光；所述第二透镜组聚焦所述非线性光学信号；所述第二滤光片组一次将不同波长的非线性信号进行波长分离，并通过所述多路光电倍增管进行探测，产生第三电压信号、第四电压信号、第五电压信号。9.根据权利要求8所述的快速三维多参量非线性光学表征显微成像系统，其特征在于，所述信号解调模块(105)包括双通道受激拉曼信号解调模块(28)及频域荧光寿命处理模块(30)；所述双通道受激拉曼信号解调模块(28)包括移频器，线性加法器与锁相放大器；第一电压信号经移频器进行π/2，所述线性加法器将移频后的第一电压信号与第二电压信号进行线性叠加，作为最终信号被所述锁相放大器进行双通道正交解调，生成两个受激拉曼频移信号；所述频域荧光寿命处理模块(30)，用于对所述第三电压信号与激光器同步脉冲进行分频与混频信号处理，以实现第二反射光信号的荧光寿命信息探测。10.根据权利要求9所述的快速三维多参量非线性光学表征显微成像系统，其特征在于，所述信号采集与同步控制(106)模块包括采集卡与工业控制器；所述采集卡用于控制所述扫描与聚焦模块(102)的扫描振镜、所述非线性信号探测模块(104)中第四、第五电压信号、双通道受激拉曼信号解调模块(28)输出信号以及频域荧光寿命处理模块(30)输出信号等多参量信息的采集；工业控制器用于将采集卡所获得并重构的非线性图像进行显示。

技术总结
本发明涉及光学显微成像领域，提供一种快速三维多参量非线性光学表征显微成像系统，包括信号生成与探测装置及成像处理终端，信号生成与探测装置包括：激发光路模块，用于产生实现多种非线性过程的激发光并空间共线入射至扫描显微镜；样品控制模块，用于承载与移动样品；扫描与聚焦模块，用于将激发光路模块的激光聚焦到样品承载片上的样品，并实现扫描激发；非线性信号探测模块，用于探测经样品承载片上的样品而产生的多参量非线性信号；成像处理终端包括：信号解调模块，用于多参量非线性信号解调；信号采集与同步控制，用于实现多参量非线性信号的同步采集与扫描显微镜的同步控制以及图像重构与保存。控制以及图像重构与保存。控制以及图像重构与保存。


技术研发人员：刘丽炜 李艳萍 屈军乐 王诗琪
受保护的技术使用者：深圳大学
技术研发日：2022.08.22
技术公布日：2022/11/29