(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 202211087487.2 (22)申请日 2022.09.07 (71)申请人 西北工业大 学 地址 710072 陕西省西安市碑林区友谊西 路127号 (72)发明人 张继巍　李鹏　罗祥元　豆嘉真　 王舒琪　赵建林　 (51)Int.Cl. G01N 21/552(2014.01) G01N 21/45(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种基于多向激发的高分辨率表面等离子 体共振全息显微成像方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于多向激发的高分辨 率表面等离子体共振全息显微 成像方法。 利用光 束偏折方向控制装置实现激发光波沿任意照射 方向传播， 并借助光束偏振态调控装置同步控制 激发光波的偏 振态， 实现沿任意面内方向传播表 面等离子体波的激发。 利用s偏振光波不能激发 表面等离子体共振的特点， 实现物 光波和参考光 波的共路式数字全息图记录， 进而通过数值计算 获得多向激发下的表面等离子体共振强度和相 位图像。 最后经图像融合获得分辨率增强的成像 结果。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 115452774 A 2022.12.09 CN 115452774 A 1.一种基于多向激发的高分辨率表面等离子体共振全息显微成像方法， 其特征在于包 括如下步骤： 步骤1： 一束线偏振平行光以一定角度入射到表面等离子体共振激发结构上激发表面 等离子体波， 被表面等离子体共振激发结构反射的光波经偏振分光器件后， 通过具有一定 起偏方向的偏振器， 被分开的两束光波到达光电成像器件靶面后发生干涉， 得到离轴 数字 全息图， 继而利用光学衍 射原理， 数值重建得到表面 等离子体共振强度和相位图像； 所述表面 等离子体共振激发结构包 含玻璃基底、 金属层和介质样品层； 所述线偏振平行光应包含p偏振和s偏振分量， 其中p偏振分量激发表面等离子体共振 并被样品调制， 作为物光波， s偏振分量无法激发表面 等离子体共振， 作为参考光波； 所述偏振分光器件在可 见光波段的分束角为2 ～3度； 所述偏振器的起偏方向选取以使得全息图干涉 条纹衬比度最大为原则； 步骤2： 利用光束偏折方向控制装置改变激发光波在表面等离子体共振激发结构上的 照射方向， 同时利用光束偏振态调控装置同步控制 激发光波的偏振态， 在表面等离子体共 振激发结构表面一周范围内， 每间隔α 度激发沿该面内方向传播的表面等离子体波， 并通过 步骤1得到该情形 下的表面 等离子体共振强度和相位图像； 所述光束偏折方向控制装置是振镜系统， 或数字微镜阵列， 或空间光调制器； 所述光束偏振态调控 装置是涡旋半波片， 或电控可变延迟波片， 或电控旋转波片； 所述激发光波的照 射方向改变时， 应保证激发光波的入射角满足表面等离子体共振激 发条件； 所述激发光波的偏振态改变时， 应保证在任何照射方向下激发光波的强度保持不变， 且所包含的p偏振和s偏振分量的振幅比保持不变； 步骤3： 将各激发方向下得到的表面等离子体共振强度和相位图像分别进行求均值， 得 到无拖尾的高分辨 率表面等离子体共振强度和相位图像； 所述求均值的方法为： 其中， Ii为每个激发方向下获取的表面等离子体 共振强度或相位图像， I 为分辨率增强的图像， α 为 不大于360且可被3 60整除的正数。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115452774 A 2一种基于多向激发的高分辨 率表面等离 子体共振全息显微成 像方法 技术领域 [0001]本发明涉及 光学显微成像领域， 尤其涉及基于表面等离子体共振的近场显微成像 和高分辨 率光学显微成像领域。 背景技术 [0002]利用发生表 面等离子体共振(Surface  plasmon resonance,SPR)时金属表面近场 区域产生的表面等离子体波(Surface  plasmon wave,SPW)与待测样品的相互作用， 通过探 测反射光波信息可以实现样品相关待测物理参量的高精度解调。 SPR分析技术最初被广泛 应用于光学传感领域。 与光学成像系统相结合的SPR成像技术， 可以获得较高的分析通量。 进一步， 基于高数值孔径油浸物镜激发的表面等离子体共振显微术(Surface  plasmon  resonance  microscop y,SPRM)， 可以获得无畸变SPR显微图像。 传统SPRM通过探测发生SPR 时反射光波的强度信息来解调待测样品参量。 由于发生SPR时反射光波的相位随样品参量 发生单调变化， 而且基于相位探测的方式具有比强度探测更高的灵敏度， 因此基于数字全 息术的物光波复振幅探测能力， 表面等离子体共振全息显微术(Surface  plasmon   resonance holographic microscopy,SPRHM)被提出。 SPRHM可以同时进行SPR强度和相位 显微成像， 提高了信息获取的维度并可实现多参量信息的同时解调(Anal.Chem.87,4124 – 4128(2015) )。 [0003]然而， 由于与待测样品发生相互作用的SPW在金属膜表面的横向传播特性， 样品的 SPR图像在SPW传播方向有明显的 “拖尾”现象， 成像 分辨率较低， 仅为数微米甚至几十微米， 严重影响了SPRHM在光学显微成像和近场测量领域的应用前景。 由于SPW的横向传播仅影响 沿其传播方向的成像 分辨率， 而与SPW传播方向相垂 直方向的分辨率不受影响， 如果激发沿 不同面内方向传播的SPW以与样 品发生相互作用， 将获取的SPR图像进行合成， 便有望消除 SPW横向传播对成像 分辨率的影 响。 目前为止， 研究者提出了两种基于双向SPW传播的SPRHM 技术以提高成像分辨率(Opt.Lett.46,1604 –1607(2021)、 Opt.Laser.Eng.153,107000 (2022))。 但是， 这两种 技术中， 物光波和参考光波以非共路 的方式到达探测器实现干涉记 录， 稳定性较差； 更重要的是， 双向激发方式在提高分辨率方面能力有限。 理想的情形是可 以激发沿任意面内方向传播的SPW， 同时， 物光波和参考光波以共路的方式进 行干涉而实现 全息图记录， 进 而获得多幅S PR强度和相位图像。 发明内容 [0004]要解决的技 术问题 [0005]为避免现有技术的不足之处， 实现沿任意面内方向传播SPW的激发， 同时以共光路 的方式实现全息图记录， 本发明提出一种基于多向激发的SPRHM成像方法， 可以获得高分辨 率SPR强度和相位图像。 [0006]技术方案说　明　书 1/4 页 3 CN 115452774 A 3