本發明專利技術公開了一種納米顆粒高信噪比暗場散射顯微成像方法，包括：采用一束與散射光具有固定頻率差的參考光形成拍頻干涉，并在時間堆棧中選取合適時刻形成最大散射對比度的干涉相長；搭建基于外差干涉的納米顆粒暗場散射顯微鏡成像系統，通過系統的傳感器對圖像進行時間分辨采樣獲取帶有系統噪聲的數據立方體，利用沿時間疊加的離散傅里葉變換分析采樣數據的時間?頻率信息，提取頻率疊加中外差頻率處的散射光信息，經傅里葉濾波后，遍歷每個空間位置，利用自相關計算散射信號與參考信號之間的延遲，將延遲應用于同差干涉像的相位補償，實現時空成像。本發明專利技術能夠大幅提升納米顆粒成像質量，在納米科技等多領域有廣闊應用前景。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于顯微鏡成像，尤其涉及一種納米顆粒高信噪比暗場散射顯微成像方法。
技術介紹
1、在傳統的純暗場散射顯微系統中，探測器獲取的輻照度函數為，其中指代瑞利散射模型所預測的遠場光強，正比于；指代信號的背景噪聲。定義散射對比度c為散射光最大強度值和背景噪聲的比值，傳統暗場系統的對比度則為。可見，隨著散射體尺度的減少，暗場系統的散射對比度呈六次方趨勢下降，這意味著來自散射體的光信號極易被噪聲信號淹沒，極大限制了對微小納米顆粒散射光信息的有效獲取。
技術實現思路
1、為解決上述技術問題，本專利技術提供了一種納米顆粒高信噪比暗場散射顯微成像方法，包括：
2、采用一束與散射光具有固定頻率差的參考光形成拍頻干涉，并在時間堆棧中選取合適時刻形成最大散射對比度的干涉相長；
3、搭建基于外差干涉的納米顆粒暗場散射顯微鏡成像系統，通過所述系統的傳感器對圖像進行時間分辨采樣獲取帶有系統噪聲的數據立方體，利用沿時間疊加的離散傅里葉變換分析采樣數據的時間-頻率信息，提取頻率疊加中外差頻率處的散射光信息，經傅里葉濾波后，遍歷每個空間位置，利用自相關計算散射信號與參考信號之間的延遲，將所述延遲應用于同差干涉像的相位補償，實現時空成像。
4、優選地，采用一束與散射光具有固定頻率差的參考光形成拍頻干涉的過程包括：
5、獲取當拍頻頻率可被探測器時域分辨時，系統的輻照度函數；
6、所述系統的輻照度函數為一個與時間相關的量，公式表達式為：
7、</p>8、其中，為入射光的電場強度，為瑞利散射模型所預測的遠場光強，為參考光電場，為參考光與散射光的相位差，為信號的背景噪聲，為外差干涉的差頻，為時間變量。
9、優選地，所述散射對比度隨著散射體尺度的減少而下降緩慢，且受參考光振幅和干涉項的調制；
10、所述散射對比度的公式表達式為：
11、
12、其中，為入射光的電場強度，為參考光電場，為參考光與散射光的相位差，為信號的背景噪聲，d表示散射體粒徑，表示入射光波長。
13、優選地，在時間堆棧中選取合適時刻形成最大散射對比度的干涉相長的過程包括：
14、通過時間堆棧記錄條紋在空間中的流動，針對散射光在像面上分散的每一個空間位置與參考光形成的相長干涉的公式表達式為：
15、。
16、優選地，搭建基于外差干涉的納米顆粒暗場散射顯微鏡成像系統的過程包括：
17、依據光學設計原理連接光源、光路元件、傳感器以及工業相機，確保光線傳輸精準，各光學部件參數匹配良好；其中，所述光路元件包括透鏡、分光鏡；
18、在實驗開始前，利用校準儀器校準系統參數；所述系統參數包括光源強度、波長穩定性、各光路準直精度。
19、優選地，利用自相關計算散射信號與參考信號之間的延遲，將所述延遲應用于同差干涉像的相位補償的過程包括：
20、將時空組合成像的電場等同于為空間中像平面電場的復振幅引入一個數字相移補償，公式表達式為：
21、
22、其中，表示相平面的電場強度實部，j表示虛數單位，，為散射信號與參考信號之間的延遲；
23、是的共軛相位：
24、。
25、優選地，所述時空成像的過程包括：
26、針對外差調制模塊，考慮信號發生器生成的外差頻率與傳感器采樣幀率的匹配關系；其中，所述外差頻率小于采樣幀率的1/4；
27、采集數據時域數據堆棧，所述堆棧的維度應為[m，n，t]，其中[m，n]表示工業相機的空間采樣分辨率，t表示相機的時間采樣幀數；
28、沿時間軸時域傅里葉變換，提取外差頻率處的頻率分量，再逆傅里葉變換回時域數據堆棧，此時堆棧的維度也為[m，n，t]；
29、遍歷堆棧每個空間點，再在每個空間點遍歷每個時間節點，與參考信號進行自相關計算并獲取對應的延遲，所述延遲對應于散射光與參考光形成的相長干涉；
30、將得到的延遲應用于同差干涉像的相位補償，實現時空成像。
31、優選地，所述方法還包括實驗驗證過程，所述實驗驗證過程通過特定濾光片調制入射光控制散射對比度及能量輸運率，對金納米顆粒進行成像測試。
32、優選地，所述金納米顆粒直徑為20nm。
33、優選地，所述通過特定濾光片調制入射光控制散射對比度及能量輸運率，對金納米顆粒進行成像測試的過程包括：
34、通過定義的能量輸運率評估參考光能量對系統信噪比的影響，其中表示系統噪聲的平均值；
35、通過漸變中性密度濾光片調制入射光，先令系統散射對比度等于1，再用不同光密度的中性濾光片衰減入射光能量以控制散射對比度，同時對能量輸運率采取類似手段，先使參考光能量與無樣品純暗場成像噪聲能量持平，再調整濾光片設置控制參考光能量從而調節。
36、與現有技術相比，本專利技術具有如下優點和技術效果：
37、本專利技術采用與散射光有固定頻率差的參考光形成拍頻干涉，利用時間堆棧選取合適時刻實現最大散射對比度干涉相長。成像流程包括時間分辨采樣、離散傅里葉變換、傅里葉濾波、自相關計算延遲及相位補償實現時空成像。實驗通過特定濾光片調制入射光控制散射對比度及能量輸運率，對直徑?20nm?金納米顆粒成像測試，結果表明本專利技術方法在散射光能量弱于噪聲能量時，當能量輸運率滿足條件能有效獲取散射光信號，且相比傳統系統有天然抗震動特性，大幅提升納米顆粒成像質量，在納米科技等多領域有廣闊應用前景。
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【技術保護點】
1.一種納米顆粒高信噪比暗場散射顯微成像方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的納米顆粒高信噪比暗場散射顯微成像方法，其特征在于，
3.根據權利要求1所述的納米顆粒高信噪比暗場散射顯微成像方法，其特征在于，
4.根據權利要求1所述的納米顆粒高信噪比暗場散射顯微成像方法，其特征在于，
5.根據權利要求1所述的納米顆粒高信噪比暗場散射顯微成像方法，其特征在于，
6.根據權利要求1所述的納米顆粒高信噪比暗場散射顯微成像方法，其特征在于，
7.根據權利要求1所述的納米顆粒高信噪比暗場散射顯微成像方法，其特征在于，
8.根據權利要求1所述的納米顆粒高信噪比暗場散射顯微成像方法，其特征在于，
9.根據權利要求8所述的納米顆粒高信噪比暗場散射顯微成像方法，其特征在于，所述金納米顆粒直徑為20nm。
10.根據權利要求8所述的納米顆粒高信噪比暗場散射顯微成像方法，其特征在于，
【技術特征摘要】
1.一種納米顆粒高信噪比暗場散射顯微成像方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的納米顆粒高信噪比暗場散射顯微成像方法，其特征在于，
3.根據權利要求1所述的納米顆粒高信噪比暗場散射顯微成像方法，其特征在于，
4.根據權利要求1所述的納米顆粒高信噪比暗場散射顯微成像方法，其特征在于，
5.根據權利要求1所述的納米顆粒高信噪比暗場散射顯微成像方法，其特征在于，
6.根據權利要...
【專利技術屬性】
技術研發人員：孔令豹，唐鑫嵐，
申請(專利權)人：復旦大學，
類型：發明
國別省市：
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