[實用新型]一種自適應光學聚焦干涉補償系統

有效

• 申請號: 201720507455.1
• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN206818968U
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 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

技術領域

本實用新型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。

實用新型內容

為了解決背景技術中存在的問題，本實用新型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，本實用新型的技術方案包括以下步驟：

系統包括激光器、光束準直擴束模塊、數字微鏡器件、相位補償模塊、分束器、縮束模塊、掃描模塊、二向色鏡、顯微物鏡、實驗樣品和光強探測模塊。光束準直擴束模塊布置在激光器之后，激光器發射出光束經準直擴束模塊平行擴束并空間濾波后入射到數字微鏡器件，數字微鏡器件旁側出射端前方置有相位補償模塊，數字微鏡器件正側出射端置有分束器和縮束模塊，相位補償模塊位于分束器的旁側處，數字微鏡器件的旁側反射光束經相位補償模塊后再反射到分束器中，數字微鏡器件的正側反射光束直接反射到分束器中；縮束模塊前方設有二向色鏡；光束經二向色鏡反射后經過掃描模塊進入顯微物鏡聚焦，實驗樣品位于顯微物鏡焦平面上；實驗樣品內激發出的熒光經過顯微物鏡與掃描模塊后透過二向色鏡被光強探測模塊接收進行光強探測。

所述的光束準直擴束模塊包括前光束準直擴束模塊透鏡、光束空間濾波器和后光束準直擴束模塊透鏡；前光束準直擴束模塊透鏡、光束空間濾波器和后光束準直擴束模塊透鏡依次平行布置在激光器出射端的前方，入射光束依次經前光束準直擴束模塊透鏡、光束空間濾波器和后光束準直擴束模塊透鏡平行擴束后入射到數字微鏡器件。

所述的相位補償模塊包括但不限于光學延遲線、空間光調制器、相位延遲片等。

所述的縮束模塊包括前縮束模塊透鏡和后縮束模塊透鏡；前縮束模塊透鏡和后縮束模塊透鏡依次平行布置在分束器的前側，數字微鏡器件反射的光束依次經前縮束模塊透鏡和后縮束模塊透鏡平行縮束后入射到二向色鏡的旁側。

所述的掃描模塊包括前掃描振鏡、前光束準直透鏡、后光束準直透鏡、后掃描振鏡、前掃描模塊透鏡和后掃描模塊透鏡；前掃描振鏡、前光束準直透鏡、后光束準直透鏡、后掃描振鏡、前掃描模塊透鏡和后掃描模塊透鏡依次布置在二向色鏡的前側，二向色鏡反射的光束依次經前掃描振鏡、前光束準直透鏡、后光束準直透鏡、后掃描振鏡、前掃描模塊透鏡和后掃描模塊透鏡后入射到顯微物鏡。

所述的光強探測模塊包括光學濾波器、聚焦透鏡、空間濾波器和光電倍增管；光學濾波器、聚焦透鏡、空間濾波器和光電倍增管依次布置在二向色鏡的后側，實驗樣品發出的熒光依次經顯微物鏡、后掃描模塊透鏡、前掃描模塊透鏡、后掃描振鏡、后光束準直透鏡、前光束準直透鏡、前掃描振鏡、二向色鏡、光學濾波器、聚焦透鏡和空間濾波器后進入光電倍增管進行光強探測。

本實用新型的有益效果是：