[發明專利]基于波前整形的多模光纖超分辨成像裝置及其光斑校正方法

有效

• 申請號: 201811589999.2
• 申請日: 2018-12-25
• 公開（公告）號: CN109683342B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 馬耀光;文仲;楊青;劉旭
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G02B27/58
• 分類號: G02B27/58;G02B23/24;G02B23/26;G02F1/01;G01N21/01;G01N21/19
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

1.一種基于波前整形的多模光纖超分辨成像裝置，其特征在于：包括探測系統和對所述探測系統出射的光斑進行校正的校正系統；

所述探測系統包括淬滅光光路、激發光光路和探測光路；所述淬滅光光路與所述激發光光路合束后耦合入多模光纖內，所述校正系統設置在所述多模光纖的輸出端，用于對多模光纖出射的光斑進行測量并根據測量數據對所述光斑進行校正；

所述淬滅光光路上依次設有用于產生淬滅光的第一激光器、用于調制淬滅光的群速度色散特性的第一色散調制器以及用于調制淬滅光相位的第一空間光調制器；

所述激發光光路上依次設有用于產生激發光的第二激光器、用于調制激發光的群速度色散特性的第二色散調制器、用于調整激發光與淬滅光之間脈沖間隔的延遲線以及用于調制激發光相位的第二空間光調制器；

所述探測光路位于所述多模光纖的輸入端，其上設有光電探測器，樣品受所述多模光纖輸出端經校正后的光斑掃描激發后發出熒光返回原多模光纖，經所述探測光路被光電探測器收集；

校正后的成像裝置將多模光纖放入生物體內，通過移動光纖來實現在生物組織樣本中不同深度的成像。

2.根據權利要求1所述的多模光纖超分辨成像裝置，其特征在于：所述的第一色散調制器和所述的第二色散調制器包括棱鏡對，所述棱鏡對之間的距離為D，該距離D通過群速度延遲色散公式計算得到。

3.根據權利要求2所述的多模光纖超分辨成像裝置，其特征在于：所述的第一色散調制器和所述的第二色散調制器還包括對光束進行反射的反射鏡。

4.根據權利要求1所述的多模光纖超分辨成像裝置，其特征在于：所述的淬滅光光路和所述的激發光光路通過第一二向色鏡進行合束，合束后的光路上設有第二二向色鏡，用于將從所述多模光纖中出射的樣品熒光信號反射至所述的探測光路。

5.根據權利要求1所述的多模光纖超分辨成像裝置，其特征在于：所述的第一色散調制器與所述的第一空間光調制器之間設有用于提高所述第一空間光調制器對淬滅光的調制靈敏度的第一1/2波片；

所述的延遲線與所述的第二空間光調制器之間設有用于提高所述第二空間光調制器對激發光的調制靈敏度的第二1/2波片。

6.根據權利要求1所述的多模光纖超分辨成像裝置，其特征在于：所述的多模光纖為階躍折射率光纖、漸變折射率光纖或光子晶體光纖；所述的第一激光器為飛秒激光器，所述的第二激光器為皮秒激光器。

7.一種用于權利要求1～6任一權利要求所述的多模光纖超分辨成像裝置的光斑校正方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)激發光通過空間光調制器的調制，一部分作為調制區域，該區域的光經過調制后復振幅被描述為E_n，n對應于調制區域上的像素；另外一部分作為參考區域，該區域的光不經過調制其復振幅被描述為S_n’，n’對應于參考區域的像素；

(2)將調制區域的光到達校正系統中相機所在平面的復振幅描述為E_m＝k_mnE_n，k_mn為一個復數矩陣，表示m個輸出模式與n個輸入模式間的變換關系，參考區域的光到達校正系統中相機所在平面的復振幅描述為S_m，兩束光發生干涉；通過四步相移法算出兩束光的復振幅分布，為調制光整體相移θ相位后所對應的干涉光斑強度，m對應校正系統中相機上的像素，則

(3)利用一個哈達瑪標準正交基H將出射光斑的復振幅信息和經空間光調制器調制的光的復振幅信息建立對應關系E_m＝k_mn*H，結合公式1計算得到傳輸矩陣K_obs＝SK_mn；

(4)通過傳輸矩陣，在空間光調制器上加載對應的相位圖，激發光通過多模光纖后生成艾里斑狀的激發光光斑；

(5)淬滅光重復步驟(1)～(5)得到甜甜圈狀的淬滅光光斑。

8.一種用于權利要求1～6任一權利要求所述的多模光纖超分辨成像裝置的光斑校正方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)激發光通過激發光光路中空間光調制器的調制后耦合至多模光纖，從多模光纖出射的光斑成像到校正系統的相機上，相機獲取目標區域的光強；

(2)以艾里斑狀的光強分布作為信標，控制激發光光路中空間光調制器上每個像素塊獨立實現對相位的調制；

(3)優化調制，直至信標信號強度達到最大，即激發光光路中空間光調制器產生了符合艾里斑狀光斑生成要求的波前；

(4)淬滅光重復步驟(1)～(3)，直至淬滅光光路中空間光調制器產生了符合面包圈狀光斑生成所要求的波前。