[發(fā)明專利]一種基于高速波前調(diào)制的多模光纖三維成像裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811589195.2
• 申請(qǐng)日: 2018-12-25
• 公開（公告）號(hào): CN109445089B
• 公開（公告）日: 2020-01-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊青;文仲;馬耀光;劉旭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B23/24
• 分類號(hào): G02B23/24;G02B23/26;G03H1/04;G03H1/08;G03H1/00
• 代理公司: 33224 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 胡紅娟

1.一種基于高速波前調(diào)制的多模光纖三維成像裝置，包括激光器、將所述激光器的光束分為物光和參考光的第一分束鏡、用于測(cè)量傳輸矩陣的測(cè)量組件以及用于記錄樣品反射光或樣品熒光的光強(qiáng)信息的光電探測(cè)器，其特征在于：

所述物光的光路上設(shè)有對(duì)所述物光進(jìn)行調(diào)制的數(shù)字微鏡陣列和用于傳輸調(diào)制后物光的多模光纖，所述多模光纖的輸入端設(shè)有將所述調(diào)制后物光進(jìn)行耦合的第一物鏡；

所述測(cè)量組件包括設(shè)置在所述多模光纖的輸出端的第二物鏡、用于反射所述參考光并使所述物光與所述參考光進(jìn)行干涉的第二分束鏡、用于記錄所述物光與所述參考光的干涉情況的相機(jī)以及與所述相機(jī)通訊連接的計(jì)算機(jī)；

測(cè)量傳輸矩陣時(shí)，將所述多模光纖的輸出端連接至所述第二物鏡，利用所述測(cè)量組件得到第二物鏡的焦平面對(duì)應(yīng)的三維空間傳輸矩陣；收集樣品三維圖像時(shí)，將樣品放置到所述多模光纖的輸出端；

所述的物光的光路上還設(shè)有將所述物光反射到所述的數(shù)字微鏡陣列的反射鏡，經(jīng)所述數(shù)字微鏡陣列反射的物光的光路上設(shè)有第一4F系統(tǒng)和將樣品光強(qiáng)信息傳輸至所述光電探測(cè)器的傳輸件。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖三維成像裝置，其特征在于：所述的第一4F系統(tǒng)的頻譜面上設(shè)有用于濾掉除-1級(jí)衍射光之外的光的光闌。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖三維成像裝置，其特征在于：所述的樣品為熒光樣品，所述的傳輸件為二向色鏡。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖三維成像裝置，其特征在于：所述的樣品為非熒光樣品，所述的傳輸件為分束鏡。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖三維成像裝置，其特征在于：所述的多模光纖上設(shè)有沿光纖且垂直設(shè)置的夾持機(jī)構(gòu)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖三維成像裝置，其特征在于：所述的激光器與所述的第一分束鏡之間設(shè)有用于對(duì)激光器發(fā)出的激光光束進(jìn)行擴(kuò)束的第二4F系統(tǒng)。

7.一種基于高速波前調(diào)制的多模光纖三維成像方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)將激光器發(fā)出的激光光束分為物光和參考光；

2)利用數(shù)字微鏡陣列對(duì)物光進(jìn)行相位調(diào)制，并將調(diào)制后的物光耦合到多模光纖中；

3)物光經(jīng)所述多模光纖出射后形成的光斑與參考光進(jìn)行干涉，對(duì)干涉圖樣進(jìn)行記錄；

4)計(jì)算機(jī)根據(jù)相機(jī)記錄的干涉圖樣計(jì)算三維空間的傳輸矩陣；

5)利用三維空間的傳輸矩陣在數(shù)字微鏡陣列上加載全息圖來調(diào)制入射光，入射光經(jīng)耦合進(jìn)入多模光纖中，并在三維空間生成聚焦光斑或在多模光纖的輸出端進(jìn)行三維點(diǎn)掃描；

6)由光電探測(cè)器接收樣品反射光或樣品熒光的光強(qiáng)信息，按照設(shè)定的掃描順序?qū)⒐鈴?qiáng)信息重組得到圖像，并在三維方向上合成，得到樣品的三維高分辨成像。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多模光纖三維成像方法，其特征在于，步驟4)包括：

通過計(jì)算機(jī)解出物光從多模光纖中輸出的光斑的復(fù)振幅分布E_out；

變換數(shù)字微鏡子陣列的全息圖，將入射光復(fù)振幅E_in和出射光復(fù)振幅E_out建立聯(lián)系E_out＝KE_in，得出物鏡焦平面對(duì)應(yīng)的傳輸矩陣K；

將得到的傳輸矩陣K在頻率域乘上相應(yīng)位置的空間傳遞函數(shù)Trans，得出三維空間的傳輸矩陣K'。