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      一種微納照明下的多重散射超分辨顯微方法與裝置的制造方法_2

      文檔序號:9546145閱讀:來源:國知局
      41] 3、裝置簡易,操作方便,實時性強,且無需復雜的數(shù)據(jù)處理。
      【附圖說明】
      [0042] 圖1為本發(fā)明中顯微鏡的結(jié)構(gòu)示意圖;
      [0043] 圖2為實施例1中的微納光源與結(jié)構(gòu)耦合示意圖;
      [0044] 圖3為實施例2中的微納光源與結(jié)構(gòu)耦合示意圖;
      [0045] 圖4為實施例3中的微納光源與結(jié)構(gòu)耦合示意圖;
      [0046] 圖5為實施例2中觀察的多道結(jié)構(gòu)的結(jié)果圖;
      [0047] 圖5中的a圖、b圖和c圖為采用微納光纖觀察多道槽結(jié)構(gòu)所拍照片;
      [0048] 圖5中的d圖、e圖和f圖為采用納米線觀察多道槽結(jié)構(gòu)所拍照片;
      [0049] 圖6為實施例3中觀察的Y形結(jié)構(gòu)的結(jié)果圖;
      [0050] 圖7為操縱納米線的微納光纖圖,插入圖為標尺。
      【具體實施方式】
      [0051] -種微納照明下的多重散射超分辨顯微裝置,包括微納光源、光學顯微鏡和計算 機。微納光源用于使樣品內(nèi)部發(fā)生多重散射;顯微鏡用于對發(fā)生多重散射后的樣品進行 光場成像,得到頻移圖像;CCD用于對顯微成的移頻像進行拍照;計算機用于對頻譜進行分 析,得到頻移數(shù)據(jù)庫,以及對后續(xù)樣品頻移圖像進行頻譜還原和重構(gòu),得到超分辨顯微圖 像。
      [0052] 光學顯微鏡的結(jié)構(gòu)如圖1所示,包括放置樣品的載物臺1、顯微物鏡2、顯微目鏡7、 半透半反鏡3或半透半反鏡4、以及成像用(XD。半透半反鏡3和半透半反鏡4用于光路5 或光路6的選擇切換,兩個光路分別是普通照明光路和激發(fā)照明光路。
      [0053] 本次實施選用的襯底是硅材料,一是因為硅上非常容易鍍二氧化硅波導層,二是 因為硅的折射率3. 5與二氧化硅折射率1. 5相差很大。
      [0054] 上述裝置的具體實施步驟如下:
      [0055] (1)利用微納光源作用于具有單一空間頻率的微納結(jié)構(gòu)樣品(如光柵),使微納結(jié) 構(gòu)樣品內(nèi)部發(fā)生多重散射;
      [0056] (2)通過顯微鏡對微納結(jié)構(gòu)樣品進行光場成像,并對像進行頻譜分析,得到微納光 源在此空間頻率下的頻移量;
      [0057] (3)更換一系列具有不同單一空間頻率的微納結(jié)構(gòu)樣品,重復步驟⑴和步驟(2) 中的操作,利用得到的頻移函數(shù)建立頻移數(shù)據(jù)庫;
      [0058] (4)針對具體的復雜樣品,利用微納光源作用于該樣品,并對待測樣品進行360度 的掃描或照射,在此過程中應用步驟(2)中相同的光學顯微鏡進行成像,得到相應的頻移 圖像;
      [0059] (5)計算機根據(jù)步驟(3)中的頻移數(shù)據(jù)庫,對步驟(4)中的頻移圖像進行頻譜還原 和重構(gòu),得到復雜樣品的超分辨顯微圖像。
      [0060] 實施例1
      [0061] 如圖2所示,選用平板波導作為本實施例中的微納光源,將所要觀察的樣品22置 于厚度為300納米的平板波導上,樣品位于波導層23表面,襯底位于波導層23底部,襯底 為反射層24,將500nm波長的光21通過自由光路或光纖束耦合到波導中形成微納光源,耦 合光可選用可見或近紫外波段。
      [0062] 波導表面場散射的過程中,會構(gòu)成一個位于二維物體表面下方的放大的虛像,將 整個裝置置于高倍光學顯微鏡下觀察,調(diào)焦使成像清晰。用500萬像素 CXD對成像進行拍 照,根據(jù)相應的頻移數(shù)據(jù)庫,在頻域?qū)D像進行處理,還原。還原后得到無變形、包含樣品絕 大多數(shù)高頻分量的照片。
      [0063] 實施例2
      [0064] 如圖3所示,采用波導型微納光纖作為本實施例中的微納光源,將樣品33置于高 倍光學顯微鏡載物臺上的襯底32上,使其位于物鏡焦面附近。將微納光纖31固定于精密 三維位移臺上,以與水平面成7度角(根據(jù)顯微鏡載物臺的高度及固定微納光纖的三維位 移臺的高度確定,具有均勻的照明效果)的方向靠近樣品。將外界光源發(fā)出的激光或?qū)拵?光耦合到微納光纖31中。調(diào)節(jié)微納光纖31與樣品33之間的距離,使目標被微納光纖出射 光照亮,輕微調(diào)焦,使成像清晰。轉(zhuǎn)動載物臺或調(diào)節(jié)微納光纖,進行360度的掃描。根據(jù)頻 移函數(shù),在頻域?qū)D像進行處理,還原。本實施例中觀察多道槽結(jié)構(gòu)所拍照片如圖5中的圖 a、圖b和圖c所示。
      [0065] 本實施例中,還可以采用自發(fā)光型半導體納米線替換波導型微納光纖為作為微納 光源,將激發(fā)光耦合到顯微鏡照明光路中。將樣品置于高倍光學顯微鏡下,使其位于物鏡焦 面附近。將納米線固定與精密三維位移臺上,以與水平面成7度角的方向靠近樣品。打開激 發(fā)光,激發(fā)半導體納米線使其自發(fā)輻射。調(diào)節(jié)納米線與樣品之間的距離,使目標被納米線端 頭出射光照亮。輕微調(diào)焦,使成像清晰。轉(zhuǎn)動載物臺或調(diào)節(jié)微納光纖,進行360度的掃描。 根據(jù)頻移數(shù)據(jù)庫,在頻域?qū)D像進行處理,還原。本實施例中觀察多道槽結(jié)構(gòu)所拍照片如圖 5中的圖d、圖e和圖f所示。
      [0066] 在a圖、b圖和c圖中,所用激光波長為630納米,衍射極限為λ /2 = 315納米。 在d圖、e圖和f圖中,所用照明光是510nm,衍射極限為λ /2 = 255納米。多道結(jié)構(gòu)的槽 寬槽距都為175nm,小于衍射極限。
      [0067] 實施例3
      [0068] 如圖4所示,采用納米線與雙層襯底結(jié)合引入雙重光路作為本實施中的微納光 源,將激發(fā)光耦合到顯微鏡照明光路中,把樣品43置于硅基二氧化硅襯底42上或嵌入到襯 底表面,襯底底部為反射層44,二氧化硅層的厚度是300納米,將襯底42置于高倍光學顯微 鏡下,使樣品43位于物鏡焦面上。使用與三維精密位移臺連接的微納光纖(如圖7所示), 對納米線41進行三維微納操作,將直徑300納米的CdS摻雜納米線置于樣品43附近的襯 底上,根據(jù)樣品43的輪廓對納米線41進行彎曲。使納米線41與襯底42緊密貼合。打開 激發(fā)光,激發(fā)半導體納米線使其自發(fā)輻射,微調(diào)焦,使成像清晰。根據(jù)頻移數(shù)據(jù)庫,在頻域?qū)?圖像進行處理,還原。本實施例中Y形結(jié)構(gòu)實驗結(jié)果見圖6。
      【主權(quán)項】
      1. 一種微納照明下的多重散射超分辨顯微方法,其特征在于,包括以下步驟: 1) 利用微納光源作用于具有單一空間頻率的微納結(jié)構(gòu)樣品,使微納結(jié)構(gòu)樣品內(nèi)部發(fā)生 多重散射; 2) 通過顯微鏡對微納結(jié)構(gòu)樣品進行光場成像,并對像進行頻譜分析,得到所述微納光 源在該空間頻率下的頻移量; 3) 更換具有不同單一空間頻率的微納結(jié)構(gòu)樣品,重復步驟1)和步驟2)中的操作,利用 微納光源在各空間頻率下的頻移量建立頻移數(shù)據(jù)庫; 4) 利用所述的微納光源觀察待測樣品,并對待測樣品進行360度的照射或掃描,在此 過程中應用顯微鏡進行成像,得到相應的頻移圖像; 5) 根據(jù)所述的頻移數(shù)據(jù)庫,對頻移圖像進行頻譜還原和重構(gòu),得到待測樣品的超分辨 顯微圖像。2. 如權(quán)利要求1所述的微納照明下的多重散射超分辨顯微方法,其特征在于,所述的 微納光源為內(nèi)部定向傳輸有f禹合光的平板波導,其厚度小于1微米,所述的微納結(jié)構(gòu)樣品 和待測樣品置于或嵌入所述的平板波導表面。3. 如權(quán)利要求1所述的微納照明下的多重散射超分辨顯微方法,其特征在于,所述的 微納光源為內(nèi)部通有f禹合光的微納光纖,其直徑小于1微米,所述微納光纖的出射光用于 照亮所述的微納結(jié)構(gòu)樣品和待測樣品。4. 如權(quán)利要求1所述的微納照明下的多重散射超分辨顯微方法,其特征在于,所述的 微納光源為受外界激發(fā)產(chǎn)生自發(fā)輻射的納米線,微納結(jié)構(gòu)樣品和待測樣品被納米線的輻射 光照亮,所述的納米線端頭照亮樣品或環(huán)繞樣品并沿樣品輪廓進行彎曲。5. -種微納照明下的多重散射超分辨顯微裝置,其特征在于,包括: 微納光源,用于使樣品內(nèi)部發(fā)生多重散射; 顯微鏡,用于對發(fā)生多重散射后的樣品進行光場成像,得到頻移圖像; 光路切換裝置:用于顯微鏡照明光路與納米線激發(fā)光路之間的切換; (XD,用于對顯微鏡成像進行拍照; 計算機,用于對頻移圖像進行頻譜還原和重構(gòu),得到超分辨顯微圖像。6. 如權(quán)利要求5所述的微納照明下的多重散射超分辨顯微裝置,其特征在于,所述的 微納光源為內(nèi)部定向傳輸有耦合光的平板波導,其厚度小于1微米,所述樣品置于或嵌入 所述的平板波導表面,該平板波導的底部依次設(shè)有反射層和波導襯底。7. 如權(quán)利要求5所述的微納照明下的多重散射超分辨顯微裝置,其特征在于,所述的 微納光源為內(nèi)部通有稱合光的微納光纖,其直徑小于1微米,顯微鏡的載物臺上設(shè)有襯底, 所述的樣品置于或嵌入襯底表面。8. 如權(quán)利要求5所述的微納照明下的多重散射超分辨顯微裝置,其特征在于,所述的 微納光源為受外界激發(fā)產(chǎn)生自發(fā)輻射的納米線,其直徑小于1微米,顯微鏡的載物臺上設(shè) 有襯底,所述的樣品置于或嵌入襯底表面。9. 如權(quán)利要求5所述的微納照明下的多重散射超分辨顯微裝置,其特征在于,所述的 微納光源為受外界激發(fā)產(chǎn)生自發(fā)輻射的納米線,該納米線環(huán)繞樣品且沿樣品輪廓彎曲布 置。10. 如權(quán)利要求9所述的微納照明下的多重散射超分辨顯微裝置,其特征在于,所述的
      【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微納照明下的多重散射超分辨顯微方法,包括以下步驟:1)利用微納光源作用于具有單一空間頻率的微納結(jié)構(gòu)樣品,使微納結(jié)構(gòu)樣品內(nèi)部發(fā)生多重散射;2)通過顯微鏡對單一空間頻率樣品進行光場成像,并對像進行頻譜分析,得到所述微納光源的頻移量;3)更換具有不同單一空間頻率的結(jié)構(gòu)樣品,建立所述的微納光源與各空間頻率對應的頻移數(shù)據(jù)庫;4)利用所述的微納光源觀察待測樣品,并對待測樣品進行360度的照射,在照射過程中應用顯微鏡進行成像,得到相應的頻移圖像;5)根據(jù)所述的頻移數(shù)據(jù)庫,對頻移圖像進行頻譜還原和重構(gòu),得到待測樣品的超分辨顯微圖像。本發(fā)明還公開了一種微納照明下的多重散射超分辨顯微裝置。
      【IPC分類】G02B21/06, G02B21/36, G01N21/00
      【公開號】CN105301753
      【申請?zhí)枴緾N201410288764
      【發(fā)明人】楊青, 劉小威, 劉旭, 李海峰, 匡翠方, 郝翔, 周雅旋
      【申請人】浙江大學
      【公開日】2016年2月3日
      【申請日】2014年6月24日
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