基于光束整形的超分辨非線性光學(xué)顯微成像研究.pdf

1、非線性光學(xué)顯微成像具有較深穿透深度和固有的三維分辨率能力，是生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域不可或缺的工具。然而，由光波本質(zhì)決定的分辨率瓶頸阻礙了此成像技術(shù)的更為廣泛的應(yīng)用。目前，受激輻射損耗技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)超分辨雙光子顯微成像，但其通量受限于器件的速率，亟待提高。而對(duì)于二次諧波顯微成像，目前并沒有方法可以提高其分辨率。另一方面，激光光束整形是一種使光束的振幅與相位重新分布從而改變光束傳播與聚焦特性的技術(shù)。光束整形可以為解決上述通量與分辨率的問題提供新思路

2、。本論文的研究旨在利用光束整形技術(shù)來提高受激輻射損耗超分辨雙光子顯微成像的通量，實(shí)現(xiàn)超分辨二次諧波顯微成像。主要研究?jī)?nèi)容如下。
　　實(shí)現(xiàn)多焦點(diǎn)快速非線性光學(xué)顯微成像?；谑噶垦苌淅碚?，闡釋了在高數(shù)值孔徑物鏡條件下產(chǎn)生均勻多焦點(diǎn)陣列的理論與實(shí)驗(yàn)方法。并通過分區(qū)域波前矯正的方法矯正由系統(tǒng)本身與樣品引起的像差，透過散射介質(zhì)形成衍射極限的多焦點(diǎn)陣列?；谝陨袭a(chǎn)生的多焦點(diǎn)搭建了并行非線性光學(xué)顯微成像系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)快速與動(dòng)態(tài)成像。通過對(duì)不同的樣品

3、成像，進(jìn)一步證明了產(chǎn)生的多焦點(diǎn)陣列的均勻性與靈活性。
　　結(jié)合多焦點(diǎn)雙光子顯微技術(shù)與受激輻射損耗超分辨技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多焦點(diǎn)并行超分辨雙光子激發(fā)顯微系統(tǒng)。闡釋了通過相位調(diào)制產(chǎn)生多焦點(diǎn)環(huán)形光斑陣列的方法，基于產(chǎn)生的多焦點(diǎn)陣列搭建光學(xué)顯微系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)兩組多焦點(diǎn)陣列的精確重合來減小激發(fā)有效尺寸，實(shí)現(xiàn)了超分辨雙光子顯微技術(shù)，同時(shí)提高了顯微系統(tǒng)的分辨率與通量。
　　利用環(huán)形光斑提高二次諧波顯微成像的分辨率與對(duì)比度，實(shí)現(xiàn)超分辨二次諧波顯微成像。

4、討論了利用二進(jìn)制光學(xué)方法獲取超衍射極限光斑的方法，并分析了其用于顯微成像中的不足之處。通過對(duì)成像中高斯型光斑與環(huán)形光斑強(qiáng)度與偏振態(tài)分布的分析計(jì)算，證明了所產(chǎn)生的高斯光斑與環(huán)形光斑強(qiáng)度的匹配與偏振一致性。從理論上推導(dǎo)了利用高斯型光斑與環(huán)形光斑實(shí)現(xiàn)超分辨二次諧波成像的圖像形成過程。不同樣品的成像結(jié)果證明了二次諧波成像對(duì)比度與分辨率的提高，可以獲得約1.3倍的分辨率增強(qiáng)。從理論上證明了利用多焦點(diǎn)環(huán)形光斑陣列實(shí)現(xiàn)超分辨非線性光學(xué)顯微成像的可行性