[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于壓電陶瓷圓管的虛擬自聚焦透鏡產(chǎn)生的裝置及方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010575721.0
• 申請(qǐng)日: 2020-06-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111948174A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋賢林;魏劍霜;王玉皞;周輝林;宋玲芳;駱清銘
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南昌大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N21/41
• 分類(lèi)號(hào): G01N21/41
• 代理公司: 南昌金軒知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 36129
• 代理人: 李楠

本發(fā)明涉及一種基于壓電陶瓷圓管的虛擬自聚焦透鏡產(chǎn)生的裝置及方法，設(shè)置有脈沖激光器、函數(shù)發(fā)生器、數(shù)字脈沖延時(shí)器、壓電陶瓷圓管和由D型觸發(fā)器構(gòu)成的同步電路。脈沖激光器發(fā)射激光脈沖，入射至壓電陶瓷圓管，使用第一函數(shù)發(fā)生器對(duì)壓電陶瓷圓管施加一個(gè)正弦射頻信號(hào)，在圓管中的液體會(huì)產(chǎn)生駐波，駐波會(huì)周期性地改變局部液體密度，進(jìn)而改變液體折射率分布，徑向上液體折射率表現(xiàn)為零階貝塞爾函數(shù)分布，并且和正弦射頻信號(hào)同步變化。構(gòu)建同步電路同步激光脈沖和壓電陶瓷圓管的折射率變化，使脈沖激光器在壓電陶瓷圓管中心折射率變化為正最大的時(shí)候出光，此時(shí)圓管中心區(qū)域的折射率分布近似為自聚焦透鏡的折射率分布，進(jìn)而獲得虛擬的自聚焦透鏡。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)成像領(lǐng)域，特別是涉及一種基于壓電陶瓷圓管的虛擬自聚焦透鏡產(chǎn)生的裝置及方法。

背景技術(shù)

由于生物組織對(duì)光的散射作用，傳統(tǒng)的光學(xué)成像方式的成像深度和成像分辨率受到限制，特別是在可見(jiàn)光和近紅外波段。生物組織由以下物質(zhì)的異質(zhì)混合物組成：大顆粒，例如核和細(xì)胞器，或小顆粒結(jié)構(gòu)，例如高分子聚集體和膜。當(dāng)散射粒子的大小與光的波長(zhǎng)相當(dāng)時(shí)，米氏散射占主導(dǎo)地位，而當(dāng)尺寸小于在光的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，瑞利散射占主導(dǎo)地位。當(dāng)準(zhǔn)直光束或聚焦光束進(jìn)入諸如生物組織之類(lèi)的混濁介質(zhì)，會(huì)由于散射而分散。因此，光的強(qiáng)度下降，并且空間分辨率隨著光的散射事件數(shù)增加而降低。為提高成像信噪比，常用的方法如增加光輸入功率以補(bǔ)償因?yàn)榻M織對(duì)光的衰減而導(dǎo)致的強(qiáng)度損失，將會(huì)對(duì)表面組織產(chǎn)生破壞(光毒性或者光漂白)并產(chǎn)生強(qiáng)烈的背景噪聲信號(hào)。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，有研究者通過(guò)在生物組織深層植入微內(nèi)窺鏡或者微型透鏡來(lái)收集來(lái)自組織深層的光，進(jìn)而保證較好的信號(hào)強(qiáng)度和空間分辨率。這種微型顯微鏡比較常用的是漸變折射率透鏡(自聚焦透鏡)，其可中繼光學(xué)圖像。自聚焦透鏡的植入能夠獲得生物組織深層的圖像，避免組織對(duì)光的散射，但是其是一種入侵有損的成像方式。在生物成像中更希望有一種無(wú)損非入侵式的深層光學(xué)成像方式。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要針對(duì)上述提到的問(wèn)題，提供一種基于壓電陶瓷圓管的虛擬自聚焦透鏡產(chǎn)生的裝置及方法。

一種基于壓電陶瓷圓管的虛擬自聚焦透鏡產(chǎn)生的裝置，其特征在于：所述裝置包括脈沖激光器(1)、數(shù)字脈沖延時(shí)器(2)、D型觸發(fā)器(3)、第一函數(shù)發(fā)生器(4)、第二函數(shù)發(fā)生器(5)以及壓電陶瓷圓管(6)

一種基于壓電陶瓷圓管的虛擬自聚焦透鏡產(chǎn)生的方法，其步驟包括：

S1：脈沖激光器發(fā)射激光脈沖，入射至填充滿光學(xué)透明液體的壓電陶瓷圓管；

S2：使用第一函數(shù)發(fā)生器對(duì)壓電陶瓷圓管施加一個(gè)正弦射頻信號(hào)，在壓電陶瓷圓管中的光學(xué)透明液體會(huì)產(chǎn)生駐波，駐波會(huì)周期性地改變局部光學(xué)透明液體密度，進(jìn)而改變光學(xué)透明液體折射率分布，徑向上光學(xué)透明液體折射率表現(xiàn)為零階貝塞爾函數(shù)分布，并且和正弦射頻信號(hào)同步變化；

S3：構(gòu)建同步電路同步激光脈沖和壓電陶瓷圓管的折射率的變化；

S4：通過(guò)控制數(shù)字脈沖延時(shí)器的延時(shí)可以使脈沖激光器在壓電陶瓷圓管中心折射率變?yōu)檎畲蟮臅r(shí)候出光，此時(shí)壓電陶瓷圓管中心區(qū)域的折射率分布近似為自聚焦透鏡的折射率分布，進(jìn)而獲得虛擬的自聚焦透鏡。

優(yōu)選的，S1中壓電陶瓷圓管經(jīng)過(guò)極化后在內(nèi)外壁上加鍍形成內(nèi)電極和外電極，內(nèi)電極從一端延展到外壁上，所述內(nèi)電極與所述外電極在外壁上和另一端的端面形成兩個(gè)間隙。

優(yōu)選的，S1中激光脈沖豎直入射至壓電陶瓷圓管中心處，壓電陶瓷圓管為豎直放置，這是為避免橫向放置時(shí)因?yàn)橹亓?dǎo)致徑向折射率分布不對(duì)稱(chēng)。

優(yōu)選的，S1中光學(xué)透明液體為硅油，所述硅油的運(yùn)動(dòng)粘度為50-150cSt、折射率為1-2、聲速為800-1200米/秒。