[發(fā)明專利]一種實(shí)現(xiàn)散射介質(zhì)內(nèi)部聚焦的聲光調(diào)制相位共軛方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811058183.7
• 申請(qǐng)日: 2018-09-11
• 公開（公告）號(hào): CN109186764A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 薛彬;張凱;王志洋;張好運(yùn);陳陽(yáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G01J3/447
• 分類號(hào): G01J3/447;G01N21/21
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李林娟

本發(fā)明公開了一種實(shí)現(xiàn)散射介質(zhì)內(nèi)部聚焦的聲光調(diào)制相位共軛方法，包括：相位提取和相位共軛還原過程；相位提取過程中物光路徑利用聲光調(diào)制構(gòu)建散射介質(zhì)內(nèi)部“點(diǎn)光源”，其出射散斑與產(chǎn)生相應(yīng)頻移的調(diào)制參考光相干涉，通過調(diào)節(jié)參考光的偏振態(tài)，改變物光和參考光的相位差，相位共軛系統(tǒng)獲取偏振相移干涉圖，采用四步相移法提取物光場(chǎng)相位；相位共軛還原時(shí)在空間光調(diào)制器上加載物光的相位共軛圖，參考光直接照射后產(chǎn)生時(shí)間反演光從而實(shí)現(xiàn)散射介質(zhì)內(nèi)部聚焦；本發(fā)明在偏振相移數(shù)字光學(xué)相位共軛系統(tǒng)的基礎(chǔ)上引入超聲調(diào)制信號(hào)，能夠在散射介質(zhì)內(nèi)部構(gòu)建聲光作用點(diǎn)，從而利用時(shí)間反演實(shí)現(xiàn)散射介質(zhì)內(nèi)部的光學(xué)聚焦。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及散射介質(zhì)光學(xué)聚焦和成像領(lǐng)域，尤其涉及一種實(shí)現(xiàn)散射介質(zhì)內(nèi)部聚焦的聲光調(diào)制相位共軛方法。

背景技術(shù)

光學(xué)聚焦是實(shí)現(xiàn)光學(xué)成像的前提，然而由于光在散射介質(zhì)中發(fā)生隨機(jī)散射擾亂了光波面，所以對(duì)于其內(nèi)部目標(biāo)難以直接實(shí)現(xiàn)光學(xué)聚焦和成像，是制約醫(yī)學(xué)診療中成像深度和分辨率的重要因素。為了調(diào)控散射光波面，抑制光散射作用，人們相繼提出了波前整形、傳輸矩陣等多種技術(shù)來實(shí)現(xiàn)透過散射介質(zhì)的聚焦和成像。

波前整形是利用特定聚焦觀測(cè)點(diǎn)的信號(hào)作為反饋調(diào)節(jié)入射光場(chǎng)的一種方法，利用變形鏡或空間光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)對(duì)入射散射介質(zhì)的光波進(jìn)行預(yù)先調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)散射介質(zhì)內(nèi)部聚焦。傳輸矩陣是通過調(diào)節(jié)入射光波面，由出射光波面計(jì)算散射介質(zhì)的傳輸矩陣，利用傳輸矩陣運(yùn)算實(shí)現(xiàn)特定位置的聚焦。

光學(xué)相位共軛技術(shù)利用光波面的相位共軛調(diào)制實(shí)現(xiàn)光波的時(shí)間反演，使其能夠有針對(duì)性地補(bǔ)償波前畸變，抑制散射作用實(shí)現(xiàn)聚焦，相比于傳統(tǒng)的散射光聚焦技術(shù)，具有響應(yīng)速度快，實(shí)時(shí)性強(qiáng)的特點(diǎn)。

目前，數(shù)字光學(xué)相位的共軛方式可控性強(qiáng)、靈敏度高、曝光時(shí)間短且無波長(zhǎng)和光強(qiáng)限制，具有更廣泛的應(yīng)用前景，是相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種實(shí)現(xiàn)散射介質(zhì)內(nèi)部聚焦的聲光調(diào)制相位共軛方法，該方法基于超聲調(diào)制和偏振相移原理，在散射介質(zhì)內(nèi)部構(gòu)造特殊光源，利用時(shí)間反演相位共軛的方式實(shí)現(xiàn)散射介質(zhì)的內(nèi)部聚焦，整個(gè)過程分為相位提取和共軛還原兩個(gè)過程，詳見下文描述：

一種實(shí)現(xiàn)散射介質(zhì)內(nèi)部聚焦的聲光調(diào)制相位共軛方法，所述方法包括：

相位提取和相位共軛還原過程；

相位提取過程基于聲光調(diào)制和偏振相移原理，物光路徑利用聚焦超聲和激光的相互作用在散射介質(zhì)內(nèi)部構(gòu)建聲光引導(dǎo)點(diǎn)即“點(diǎn)光源”，參考光經(jīng)過聲光調(diào)制器產(chǎn)生對(duì)應(yīng)超聲頻移的光線，通過調(diào)節(jié)參考光的偏振態(tài)，改變物光和參考光的相位差，利用聲光調(diào)制相位共軛系統(tǒng)獲取物光和參考光的偏振相移干涉圖，之后采用四步相移法提取物光場(chǎng)相位；

相位共軛還原過程在空間光調(diào)制器上加載物光的相位共軛圖，頻移參考光直接照射后產(chǎn)生時(shí)間反演光從而實(shí)現(xiàn)散射介質(zhì)內(nèi)部聚焦；

所述聲光調(diào)制相位共軛系統(tǒng)包括：激光器發(fā)出的一束激光經(jīng)過光隔離器、第一1/2波片和偏振片后變?yōu)樘囟ㄆ穹较虻木€偏振光，利用第一分光鏡將其分為兩束激光，一束光作為物光經(jīng)過第二分光鏡、第一物鏡、散射介質(zhì)、第二物鏡和第一1/4波片后被第一反射鏡反射進(jìn)入第三分光鏡，另一束作為參考光經(jīng)過聲光調(diào)制器、第一透鏡、濾光片、第二透鏡和第二1/2波片后變?yōu)闇?zhǔn)直擴(kuò)束光，與物光于第三分光鏡處合束，一起垂直入射數(shù)字光學(xué)相位共軛系統(tǒng)；

數(shù)字光學(xué)相位共軛系統(tǒng)中的空間光調(diào)制器經(jīng)過第三透鏡與相機(jī)構(gòu)成物像關(guān)系，相機(jī)采集空間光調(diào)制器上的干涉圖樣；調(diào)節(jié)第一1/4波片的快軸角度，使得進(jìn)入數(shù)字光學(xué)相位共軛系統(tǒng)的物光變?yōu)閳A偏光，調(diào)節(jié)第二1/2波片的快軸角度，利用相機(jī)記錄第二1/2波片轉(zhuǎn)動(dòng)角度分別為0，π/4，π/2，3π/4時(shí)參考光與物光的干涉圖，

通過計(jì)算得到物光散斑的相位分布。