(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211005606.5 (22)申请日 2022.08.22 (71)申请人 深圳大学 地址 518000 广东省深圳市南 山区南海大 道3688号 (72)发明人 刘丽炜　李艳萍　屈军乐　王诗琪　 (74)专利代理 机构 深圳尚业知识产权代理事务 所(普通合伙) 44503 专利代理师 杨勇 (51)Int.Cl. G01N 21/65(2006.01) G01N 21/01(2006.01) G02B 21/00(2006.01) G02B 21/36(2006.01) (54)发明名称 一种快速三维多参量非线性光学表征显微 成像系统 (57)摘要 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。 权利要求书3页 说明书7页 附图2页 CN 115406878 A 2022.11.29 CN 115406878 A 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(10 3)， 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(10 5)， 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；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115406878 A 2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(1 1)； 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(2 2)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(2 2)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(2 1)、 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， 用于反射样权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115406878 A 3