[發明專利]自適應光學聚焦干涉補償方法與系統

有效

• 申請號: 201710322144.2
• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN107121771B
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發明（設計）人: 龔薇;斯科;胡樂佳
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G02B21/00
• 分類號: G02B21/00;G02B26/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種自適應光學聚焦干涉補償方法與系統。本發明先通過在樣品內激發出的熒光被光電倍增管接收，記此時聚焦中心光強為閾值；將數字微鏡器件置于物鏡后瞳面的共軛面上，并對其分區，每個分區依次將該區入射光束反射到旁側光路，使其相位補償之后回到正側光路，同時保持其他分區光束不變；光電倍增管記錄分區光束相位改變后的聚焦中心光強；標記光強大于等于閾值的分區，獲得補償分區；數字微鏡器件加載補償分區后光束再次聚焦，在樣品內形成中心光強更強的光斑。本發明從光學干涉原理出發，能夠快速改善散射介質內部聚焦光斑的質量，為光遺傳學與活體深層高分辨率光學顯微成像技術提供了新思路。

技術領域

本發明屬于光遺傳學與光學顯微成像領域，特別涉及了一種自適應光學聚焦干涉補償方法與系統，并應用于新一代非侵入性光遺傳學光刺激與活體深穿透光學顯微成像。

背景技術

在生物醫學光學領域，光學散射是制約光學成像質量的主要因素。多數深部組織成像的光學技術(例如，激光共聚焦成像，雙光子顯微鏡和光學相干層析掃描)主要利用非散射光子(即彈道光子)成像。彈道光子的數量隨深度增加呈指數式衰減，因此將光學聚焦范圍限制在了1mm的深度。

光遺傳學技術需要對特定的神經元進行光刺激，以研究其神經環路機理。但是傳統的光纖植入式光遺傳學對活體生物的損傷嚴重，不利于長期研究。早先應用在天文學中的自適應光學技術，為實現深層生物組織光刺激與成像提供了新的技術支持。

現有的非侵入式自適應光遺傳學技術是基于自適應光學的精確相位校正，通過將空間光調制器分成若干分區，依次等間隔改變分區內的光束附加相位，探測其最佳光學聚焦相位。每個分區依次循環迭代，從而獲得最終校正相位，對入射光束進行相位補償，從而校正其畸變相位，形成良好光學聚焦。

但是以上精確相位校正需要消耗大量的時間，為了獲得更好地光學校正，就需要劃分更多的分區與更細的相位間隔。由于空間光調制器的圖像刷新率較低，導致光學校正消耗大量時間，不利于活體生物中進行實時光遺傳學刺激和實時高分辨率光學成像，制約了自適應光遺傳技術和顯微技術的推廣。

發明內容

為了解決背景技術中存在的問題，本發明目的在于利用圖像刷新率較高的數字微鏡器件解決傳統自適應光遺傳學中空間光調制器耗時較長的問題。從光學干涉原理出發，將光束分為若干區域，并探測各分區內光束對聚焦中心的干涉作用。通過保留對聚焦中心干涉相長的區域內的光束，同時對聚焦中心干涉相消的區域內的光束附加相位差π，使其滿足干涉相長條件并將其再次引入光路中。通過將原本對聚焦光斑中心起到負面作用的干涉相消的光束轉為能夠干涉相長的光束，使得光束得到充分利用，從而提升了光學聚焦的質量，縮短了自適應光刺激的校正時間。

為了實現上述目的，本發明的技術方案包括以下步驟：

一、一種自適應光學聚焦干涉補償方法：

1)物鏡的焦平面處不放置實驗樣品，用無加載分區的數字微鏡器件進行光束聚焦，在物鏡的焦平面處得到理想聚焦光斑，記錄理想聚焦光斑的聚焦中心位置O_f；

2)將實驗樣品置于物鏡的焦平面處，用無加載分區的數字微鏡器件進行光強探測，記錄獲得聚焦中心位置O_f的光強值，作為光強閾值I_th；

3)將數字微鏡器件的反射面分為多塊區域，以每一區域依次作為目標區域，對目標區域的反射光束進行相位補償，遍歷各個區域用加載分區的數字微鏡器件進行光強探測，獲得各個區域對應記錄到的聚焦中心位置O_f處的一系列光強值；

4)將每一光強值與光強閾值I_th進行比較，并采用以下方式處理得到判斷結果：

若光強值小于光強閾值I_th，則該光強值對應的區域為不需相位補償區域；