[發(fā)明專利]一種參數(shù)可調(diào)軸向余弦結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生裝置及方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010698579.9
• 申請(qǐng)日: 2020-07-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111913313A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋賢林;魏劍霜;王玉皞;周輝林;宋玲芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南昌大學(xué)
• 主分類號(hào): G02F1/133
• 分類號(hào): G02F1/133;G02B27/42
• 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: 牛永山

一種參數(shù)可調(diào)軸向余弦結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生裝置及方法，主要包括激光器、線偏振片、純相位型空間光調(diào)制器、孔徑光闌、工作站。激光器發(fā)出一準(zhǔn)直光束斜入射至純相位型空間光調(diào)制器，在純相位型空間光調(diào)制器前放置一偏振片以保證純相位型空間光調(diào)制器對(duì)光的純相位調(diào)制，通過(guò)工作站向純相位型空間光調(diào)制器加載雙環(huán)縫相位圖。純相位型空間光調(diào)制器的出射光通過(guò)第一聚光透鏡，并在焦點(diǎn)處放置孔徑光闌擋住衍射零級(jí)光，僅讓衍射一級(jí)光通過(guò)，進(jìn)而獲得雙環(huán)縫光束。最后雙環(huán)縫光束通過(guò)第二聚光透鏡準(zhǔn)直和第一物鏡聚焦后，在焦點(diǎn)區(qū)域干涉產(chǎn)生軸向余弦結(jié)構(gòu)光。該方法為光鑷等領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)光生成提供了很好的解決方案。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光聲成像領(lǐng)域，特別是涉及一種參數(shù)可調(diào)軸向余弦結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生裝置及方法。

背景技術(shù)

軸向余弦型結(jié)構(gòu)光是在軸向上光強(qiáng)呈現(xiàn)出余弦分布的光束，該種類光束應(yīng)用廣泛，如在對(duì)微米粒子、納米粒子、自由電子、生物細(xì)胞和原子或分子等的操控的光鑷技術(shù)、結(jié)構(gòu)光照明熒光顯微成像、光聲顯微成像系統(tǒng)中的為提升軸向分辨率的軸向調(diào)制等領(lǐng)域。這些技術(shù)都要求產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)光能夠在周期和相位上可調(diào)，以滿足不同的實(shí)驗(yàn)需求。如在光聲顯微成像系統(tǒng)中，為實(shí)現(xiàn)較高的橫向分辨率(幾微米水平)，常采用高數(shù)值孔徑的物鏡對(duì)激光束進(jìn)行強(qiáng)聚焦。然而軸向分辨率則由較窄帶寬的超聲換能器決定，在幾十微米水平，遠(yuǎn)遠(yuǎn)差于橫向分辨率，有研究者則采用在軸向上使用余弦型結(jié)構(gòu)光來(lái)調(diào)制光聲信號(hào)來(lái)將高頻信息獲取，繼而提升軸向分辨率。

目前有很多種方式產(chǎn)生軸向余弦型結(jié)構(gòu)光，如用有同心雙環(huán)縫的掩膜板產(chǎn)生雙環(huán)縫光束，置于透鏡后焦面處，每個(gè)環(huán)縫光束在透鏡焦點(diǎn)處產(chǎn)生貝塞爾光束，進(jìn)而發(fā)生干涉產(chǎn)生軸向余弦型結(jié)構(gòu)光。該方法需要制作掩膜板，成本較高，且參數(shù)不可調(diào)。也有研究者采用兩個(gè)不同錐角的錐透鏡分別產(chǎn)生兩個(gè)不同軸向波矢的貝塞爾光束，發(fā)生干涉產(chǎn)生軸向余弦型結(jié)構(gòu)光。這種方法成本也比較高，且參數(shù)不可調(diào)，同時(shí)錐透鏡產(chǎn)生的貝塞爾光束質(zhì)量不好，導(dǎo)致產(chǎn)生的軸向余弦型結(jié)構(gòu)光旁瓣光強(qiáng)較強(qiáng)，調(diào)制度不高。因此，有必要研究出一種能夠產(chǎn)生方便、參數(shù)可調(diào)的軸向余弦型結(jié)構(gòu)光生成方案。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要針對(duì)上述提到的問(wèn)題，提供一種參數(shù)可調(diào)軸向余弦結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生裝置及方法。

一種參數(shù)可調(diào)軸向余弦結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生裝置，其特征在于：所述的一種參數(shù)可調(diào)軸向結(jié)構(gòu)光產(chǎn)生裝置主要包括激光器、線偏振片、純相位型空間光調(diào)制器、第一聚光透鏡、孔徑光闌、第一反射鏡、第二聚光透鏡、第一物鏡、工作站。過(guò)程如下：

S1：激光器發(fā)出一準(zhǔn)直光束，通過(guò)線偏振片后以一定角度斜入射至純相位型空間光調(diào)制器；

S2：根據(jù)純相位型空間光調(diào)制器像素?cái)?shù)繪制雙環(huán)縫相位圖，并加載至純相位型空間光調(diào)制器。純相位型空間光調(diào)制器的出射光通過(guò)第一聚光透鏡，并在焦點(diǎn)處放置孔徑光闌擋住衍射零級(jí)光，僅讓衍射一級(jí)光通過(guò)，進(jìn)而獲得雙環(huán)縫光束；

S3:雙環(huán)縫光束通過(guò)第二聚光透鏡準(zhǔn)直和第一物鏡聚焦后，在焦點(diǎn)區(qū)域干涉產(chǎn)生相位和周期均可調(diào)的軸向余弦結(jié)構(gòu)光。

優(yōu)選的，S1中偏振片偏振方向應(yīng)和純相位型空間光調(diào)制器液晶面板長(zhǎng)邊平行，目的是使激光偏振方向平行于空間光調(diào)制器液晶分子的長(zhǎng)軸方向，實(shí)現(xiàn)空間光調(diào)制器的純相位調(diào)制，而如果偏振方向不與分子長(zhǎng)軸平行的話，則會(huì)引起不希望的振幅調(diào)制，調(diào)制效率降低，入射光與純相位型空間光調(diào)制器的夾角一般不超過(guò)10度，保證高的調(diào)制效率。

優(yōu)選的，S2中所述雙環(huán)縫由兩個(gè)半徑和縫寬分別為r₁、Δr₁，r₂、Δr₂同心圓環(huán)組成；