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简单分析一下高速3D激光共聚焦显微镜的工作原理

发布时间:2021-10-14      点击次数:276
  高速3D激光共聚焦显微镜是一种高速共聚焦激光扫描显微镜,可用于精确可靠的三维(3D)测量。实时共聚焦显微镜图像可以通过快速光学扫描模块和信号处理算法实现。这是一种很有前景的解决方案,可用于测量和检查半导体晶圆、FPD产品、MEMS器件、玻璃基板和材料表面等微3D结构,并通过快速光学扫描模块和信号处理算法实现实时共聚焦微图像。
  高速3D激光共聚焦显微镜用点光源照射试样,在焦平面上形成轮廓清晰的小光斑。光斑照射后发出的荧光被物镜收集,沿原照射光路送回由双向色镜组成的分光镜。光谱仪将荧光直接发送到检测器。光源和探测器前面有一个针孔,分别称为照明针孔和检测针孔。两者的几何尺寸相同,约100-200纳米;与焦平面上的光斑相比,两者是共轭的,即光斑可以通过一系列透镜同时聚焦在照明针孔和检测针孔上。这样,来自焦平面的光可以会聚在检测孔范围内,而来自焦平面上方或下方的散射光被阻挡在检测孔之外而无法成像。激光逐点扫描样本,检测到针孔后的光电倍增管也逐点获得相应光点的共焦图像,将其转化为数字信号传输至计算机。最后,整个焦平面的清晰共焦图像聚集在屏幕上。
  每个焦平面图像实际上是样品的光学横截面,这种光学截面总是具有一定的厚度,也称为光学片。由于焦点处的光强远大于非焦点处的光强,且非焦平面光被针孔过滤,因此共焦系统的景深近似为零。沿z轴扫描可实现光学断层扫描,并在待观察样品的焦斑处形成二维光学切片。将X-Y平面(焦平面)扫描与z轴(光轴)扫描相结合,将连续层次的二维图像进行累加,经专用计算机软件处理,即可得到样品的三维图像。即检测针孔和光源针孔始终聚焦在同一点上,使得聚焦平面外激发的荧光无法进入检测针孔。
  高速3D激光共聚焦显微镜工作原理的简单表述就是以激光为光源,在传统荧光显微镜成像的基础上增加激光扫描装置和共轭聚焦装置,进行数字图像采集和处理,系统通过计算机控制。

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