Design of laser scanning confocal spectroscopy system

Minchao ZHOU; Zhenya WANG; Bidou WANG; Gangyin LUO; Siqi MA

doi:10.37188/OPE.20223003.0237

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Design of laser scanning confocal spectroscopy system

Modern Applied Optics | 更新时间：2022-02-17

- Design of laser scanning confocal spectroscopy system
- Optics and Precision Engineering Vol. 30, Issue 3, Pages: 237-245(2022)
- 作者机构：
  
  1.复旦大学工程与应用技术研究院，上海 200433
  2.中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，江苏苏州 215163
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.37188/OPE.20223003.0237
  CLC： TH744.1
- Received：12 October 2021，
  
  Revised：10 November 2021，
  
  Published：15 February 2022
- 稿件说明：
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周旻超,王振亚,王弼陡等.激光扫描共聚焦光谱系统设计[J].光学精密工程,2022,30(03):237-245.

ZHOU Minchao,WANG Zhenya,WANG Bidou,et al.Design of laser scanning confocal spectroscopy system[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(03):237-245.
周旻超,王振亚,王弼陡等.激光扫描共聚焦光谱系统设计[J].光学精密工程,2022,30(03):237-245. DOI： 10.37188/OPE.20223003.0237.

ZHOU Minchao,WANG Zhenya,WANG Bidou,et al.Design of laser scanning confocal spectroscopy system[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(03):237-245. DOI： 10.37188/OPE.20223003.0237.

摘要

为提高激光扫描共聚焦显微镜光谱模块的分光性能，设计了双Amici棱镜光谱结构。根据棱镜色散特性，计算得到Amici棱镜和双Amici棱镜的线性与非线性数学模型，给出直视型棱镜结构参数。比较相同色散条件下Amici和双Amici棱镜结构，得到双Amici棱镜组能提供更好的色散线性度。在光谱波段400~700 nm，中心波长偏向角为

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2.20133328

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，最大色散角为4°，光谱分辨率为5 nm的条件下，利用双Amici棱镜结构设计共光轴直视型分光系统。用双Amici棱镜结构和单棱镜对比，进行了光谱分布实验。实验结果表明，双Amici棱镜组的色散线性度明显优于单棱镜，大大改善了因棱镜非线性分光特性对荧光成像光谱分辨率的影响。同时，将双Amici棱镜结构设计进共聚焦光谱成像模块中，对牛肺动脉内皮细胞切片进行了三通道荧光成像，得到了高质量的多通道荧光图像。

Abstract

A spectral structure for the double Amici prism was designed to improve the spectroscopic performance of a laser scanning confocal microscope spectroscopy module. Linear and nonlinear mathematical models were formulated for the Amici and double Amici prisms， and the structure parameters of direct-viewing prism were chosen according to the prism dispersion characteristics. The structures of the Amici and double Amici prisms were compared for the same dispersion conditions， and the double Amici prism group was found to provide better dispersion linearity. A common optical axis direct vision spectroscopic system was developed using a double Amici prism for a 400-700 nm spectral range and 5 nm spectral resolution， with central wavelength deviation angle of 0° and maximum dispersion angle of 4°. The experimental results show that the dispersion linearity of this structure is significantly better than that of a single prism. Spectral resolution issues caused by the nonlinear spectroscopic characteristics of prisms are greatly reduced.

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陈丽妃，黄慧，陈琦，等 . 活体共聚焦显微镜检测糖尿病患者角膜病变的研究进展［J］. 中国临床新医学， 2021 ， 14 （ 8 ）： 836 - 839 . doi: 10.3969/j.issn.1674-3806.2021.08.24 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1674-3806.2021.08.24

CHEN L F ， HUANG H ， CHEN Q ， et al . Research progress of in - vivo confocal microscopy in detecting corneal lesions in diabetic patients ［J］. Chinese Journal of New Clinical Medicine ， 2021 ， 14 （ 8 ）： 836 - 839 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1674-3806.2021.08.24 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1674-3806.2021.08.24

石伟，张凯林，侯晓东 . 边缘凸起式超显微硬度压痕的共聚焦测量［J］. 光学精密工程， 2021 ， 29 （ 5 ）： 1014 - 1023 . doi: 10.37188/OPE.20212905.1014 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20212905.1014

SHI W ， ZHANG K L ， HOU X D . Confocal microscopic measurement of ultramicro hardness considering indentation pile-up ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2021 ， 29 （ 5 ）： 1014 - 1023 . （in Chinese） . doi: 10.37188/OPE.20212905.1014 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20212905.1014

马军山，侯琳琳，付东翔，等 . 双荧光标记生物芯片激光共聚焦检测系统［J］. 光学精密工程， 2005 ， 13 （ 6 ）： 727 - 734 . doi: 10.3321/j.issn:1004-924X.2005.06.018 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:1004-924X.2005.06.018

MA J SH ， HOU L L ， FU D X ， et al . Two-laser scanning confocal system for microarray analysis ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2005 ， 13 （ 6 ）： 727 - 734 . （in Chinese） . doi: 10.3321/j.issn:1004-924X.2005.06.018 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:1004-924X.2005.06.018

张运海，杨皓旻，孔晨晖 . 激光扫描共聚焦光谱成像系统［J］. 光学精密工程， 2014 ， 22 （ 6 ）： 1446 - 1453 . doi: 10.3788/ope.20142206.1446 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20142206.1446

ZHANG Y H ， YANG H M ， KONG CH H . Spectral imaging system on laser scanning confocal microscopy ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2014 ， 22 （ 6 ）： 1446 - 1453 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20142206.1446 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20142206.1446

LI W Z ， YUAN X ， XU B ， et al . Applications of multiplexed immunohistochemistry/immunofluorescence and multispectral imaging technology in the field of tumor immunotherapy ［J］. Journal of Chinese Pharmaceutical Sciences ， 2020 ， 29 （ 10 ）： 734 - 747 . doi: 10.5246/jcps.2020.10.069 http://dx.doi.org/10.5246/jcps.2020.10.069

孙慈，杨晋，朱继伟，等 . 超宽谱段高分辨率中阶梯光栅光谱仪的光学设计［J］. 光学精密工程， 2021 ， 29 （ 1 ）： 45 - 53 . doi: 10.37188/OPE.20212901.0045 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20212901.0045

SUN C ， YANG J ， ZHU J W ， et al . Optical design of echelle spectrometer with ultra-wide wavelength range and high resolution ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2021 ， 29 （ 1 ）： 45 - 53 . （in Chinese） . doi: 10.37188/OPE.20212901.0045 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20212901.0045

曾朝斌，刘宾，夏正德，等 . 棱镜-光栅组合分光结构参数的优化方法研究［J］. 光学学报， 2020 ， 40 （ 21 ）： 7 - 15 . doi: 10.3788/aos202040.2105001 http://dx.doi.org/10.3788/aos202040.2105001

ZENG CH B ， LIU B ， XIA ZH D ， et al . Optimal design of spectroscopic structure based on prism-grating combination ［J］. Acta Optica Sinica ， 2020 ， 40 （ 21 ）： 7 - 15 . （in Chinese） . doi: 10.3788/aos202040.2105001 http://dx.doi.org/10.3788/aos202040.2105001

吴从均，颜昌翔，刘伟，等 . 方形孔径棱镜式成像光谱仪光学设计［J］. 光学学报， 2013 ， 33 （ 12 ）： 228 - 234 . doi: http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/38963 http://dx.doi.org/http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/38963

WU C J ， YAN CH X ， LIU W ， et al . Prism hyperspectral imaging optical system design with rectangular aperture ［J］. Acta Optica Sinica ， 2013 ， 33 （ 12 ）： 228 - 234 . （in Chinese） . doi: http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/38963 http://dx.doi.org/http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/38963

刘兵，刘英，张晓龙，等 . 宽谱段共光轴线色散成像光谱仪三棱镜分光系统设计［J］. 光谱学与光谱分析， 2016 ， 36 （ 5 ）： 1543 - 1548 . doi: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)05-1543-06 http://dx.doi.org/10.3964/j.issn.1000-0593(2016)05-1543-06

LIU B ， LIU Y ， ZHANG X L ， et al . Study on coaxial linear dispersion triplet prisms of wide spectral imaging spectrometer ［J］. Spectroscopy and Spectral Analysis ， 2016 ， 36 （ 5 ）： 1543 - 1548 . （in Chinese） . doi: 10.3964/j.issn.1000-0593(2016)05-1543-06 http://dx.doi.org/10.3964/j.issn.1000-0593(2016)05-1543-06

GREIVENKAMP J E . Field Guide to Geometrical Optics ［M］. SPIE Press ， 2004 . doi: 10.1117/3.547461 http://dx.doi.org/10.1117/3.547461

EBIZUKA N ， YOKOTA H ， KAJINO F ， et al . Novel direct vision prism and Wollaston prism assembly for diffraction limit applications ［C］. SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation. Proc SPIE 7018， Advanced Optical and Mechanical Technologies in Telescopes and Instrumentation ， Marseille， France . 2008 ， 7018 ： 1601 - 1606 . doi: 10.1117/12.788528 http://dx.doi.org/10.1117/12.788528

BLECHINGER F ， HARNISCH B ， KUNKEL B P . Optical concepts for high-resolution imaging spectrometers ［C］. SPIE's 1995 Symposium on OE/Aerospace Sensing and Dual Use Photonics. Proc SPIE 2480 ， Imaging Spectrometry， Orlando， FL， USA . 1995 ， 2480 ： 165 - 179 . doi: 10.1117/12.210871 http://dx.doi.org/10.1117/12.210871

HAGEN N ， TKACZYK T S . Compound prism design principles， I ［J］. Applied Optics ， 2011 ， 50 （ 25 ）： 4998 . doi: 10.1364/ao.50.004998 http://dx.doi.org/10.1364/ao.50.004998

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