激光共聚焦显微实验系统

激光共聚焦显微实验系统

♦ 实验介绍

20世纪90年代，M.Gu等学者运用傅里叶光学理论对共聚焦显微技术进行了系统性研究，通过严格的数学建模和光学传递函数分析，不仅完整揭示了该技术独特的三维层析成像能力，还定量表征了系统在不同数值孔径、针孔尺寸等参数条件下的空间频率响应特性。这些理论研究为共聚焦显微镜在生物医学（如活细胞三维成像）、材料科学（如表面形貌分析）等领域的精准应用提供了重要的理论指导和技术优化依据。

现代共聚焦显微技术已发展出多种变体，包括转盘共聚焦、双光子共聚焦等，持续推动着微观世界观测能力的边界。

激光共聚焦实验系统实物图

♦ 知识点

光学分辨力与衍射极限、宽场显微成像、荧光成像、金相共聚焦

♦ 涉及课程

几何光学、物理光学、机器视觉

♦ 实验内容

• 了解激光扫描共聚焦系统的基本原理

• 搭建激光扫描共聚焦系统

• 利用共聚焦扫描荧光成像的方法对不同样品进行测量

• 观察不同针孔大小荧光成像的效果区别

• 利用三维层切成像的方法对样品进行测量

• 利用金相共聚焦系统对样品进行测量

♦ 实验光路图

♦ 实验效果

1um颗粒图像	梨果实	菠菜根横切荧光图像

宽场荧光显微成像效果实拍图

1um颗粒图像	梨果实	菠菜根横切荧光图像

共聚焦扫描荧光显微成像效果实拍图

1.2AU	1.6AU	2AU

不同针孔大小的荧光显微成像效果实拍图

三维层切（左）与金相三维层切（右）

♦ 技术指标

• 主要光学器件：LED光源架、分光棱镜架、45度反射镜架等；器件可沿框架同光轴移动；结构稳定，中心偏差≤1%。

• 激光器组件：488nm，单模光纤输出，FC/APC接口。

• LED光源组件：波长λ=470nm，功率P≥1.6W，带控制器，亮度可调，含固定装置。

• 平移台组件：X、Y二维移动行程25mm，系统分辨率1um，最小读数10um，65mm台面；Z向移动行程25mm，65mm台面，系统分辨率1um，滚珠丝杠传动。

• 分光镜组件：宽带偏振分光棱镜，K9材料，波长范围420nm-680nm，Tp/Ts>1000:1，斜面镀分光膜，带夹持器件。

• 反射镜组件：保护银反射镜，Φ1=25.4mm、Φ2=50.8mm，可见光平均反射率≥95%，带45°可调俯仰镜架。

• 收集透镜组件：双胶合透镜，镀可见光增透膜，直径Φ=25.4mm，焦距f=125mm，带夹持器件。

• 辅助透镜组件：双胶合透镜，镀可见光增透膜，直径Φ=12.7mm，焦距f=15mm，带夹持器件。

• 扫描透镜组件：直径Φ=35mm，焦距=70mm。

• 显微物镜组件：放大倍数20倍（可选配其他倍率及数值孔径）。

• 振镜组件：双振镜，正交式。

• 场镜组件：焦距f=200mm。

• 电动小孔组件：0-3AU可调。

• 电动升降台组件：行程±10mm，步进50nm。

• 数字摄像机组件：630万像素，靶面尺寸1/1.8″，灵敏度1.6v@550nm/Lux/s，帧率30帧/秒，分辨率3072*2048，带夹持器件。

• 不锈钢杆组件：Φ=6mm，L1=10mm，L2=25mm，L3=50mm，L4=100mm，L5=150mm，L6=300mm，螺纹副为阴-阴。

• 支撑组件：同轴系统专用支撑座，可固定两根或四根直径6mm高精度不锈钢杆，并可紧固在固定板上。

• 固定板组件：尺寸600*450mm、100*200mm，M6螺纹孔，孔间距25*25mm，表面发黑处理。

• 光学元件：BK7 A级精密退火材料，焦距±2%，直径-0.2mm，中心偏差3′，光圈1-5；局部误差0.2-0.5，面粗糙度60/40（Scratch/Dig），氟化镁增透膜镀膜，有效孔径90%。

♦系统部分组件

GCC-4141系列二向色分光平片	GCC-203系列带通滤光片	GCM-T系列精密平移台	GCM-V系列精密侧升降台

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