[發明專利]基于時空聚焦的均勻全息雙光子顯微系統

有效

• 申請號: 202110776834.1
• 申請日: 2021-07-09
• 公開（公告）號: CN113504717B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 斯科;龔薇;王一帆;鄭瑤
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G03H1/00
• 分類號: G03H1/00;G03H1/32;G03H1/04;G02B21/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

1.一種基于時空聚焦的均勻全息雙光子顯微系統，其特征在于：包括飛秒激光器(1)、半波片(2)、偏振分束鏡(3)、聚焦鏡(4)、針孔(5)、第一消色差透鏡(6)、正交柱透鏡(7)、液晶空間光調制器(8)、第二消色差透鏡(9)、第一反射鏡(10)、第三消色差透鏡(11)、第二反射鏡(12)、第四消色差透鏡(13)、反射式閃耀光柵(14)、第三反射鏡(16)、第五消色差透鏡(17)、二向色鏡(18)、物鏡(19)、濾光片(21)、管透鏡(22)和相機(23)；

飛秒激光器(1)發出飛秒激光束，飛秒激光束經過半波片(2)后入射到偏振分束鏡(3)發生反射，偏振分束鏡(3)的反射光束依次經聚焦鏡(4)、針孔(5)、第一消色差透鏡(6)后再透過正交柱透鏡(7)入射到反射式液晶空間光調制器(8)發生相位調制，正交柱透鏡(7)布置在液晶空間光調制器(8)前方，液晶空間光調制器(8)的反射調制光束再經正交柱透鏡(7)透射后依次經第二消色差透鏡(9)、第一反射鏡(10)發生反射，第一反射鏡(10)的反射光束再經第三消色差透鏡(11)、第二反射鏡(12)發生反射，第二反射鏡(12)的反射光束經第四消色差透鏡(13)、反射式閃耀光柵(14)發生反射，反射式閃耀光柵(14)的反射光束再經第三反射鏡(16)反射、第五消色差透鏡(17)透射后入射到二向色鏡(18)發生反射，二向色鏡(18)的反射光束經物鏡(19)后產生全息光束照射到實驗樣本(20)，實驗樣本(20)被全息光束激發的熒光經物鏡(19)逆反回到二向色鏡(18)發生透射，二向色鏡(18)的透射光束依次經濾光片(21)、管透鏡(22)后入射到相機(23)；

所述的反射式閃耀光柵(14)反射出0級光束和1級光束，在0級光束出射端布置光擋(15)，在1級光束出射端布置第三反射鏡(16)。

2.根據權利要求1所述的一種基于時空聚焦的均勻全息雙光子顯微系統，其特征在于：所述的針孔(5)和第一消色差透鏡(6)構成第一組4F透鏡組，第二消色差透鏡(9)和第三消色差透鏡(11)構成第二組4F透鏡組，第四消色差透鏡(13)和第五消色差透鏡(17)構成第三組4F透鏡組。

3.根據權利要求1所述的一種基于時空聚焦的均勻全息雙光子顯微系統，其特征在于：所述的正交柱透鏡(7)為長焦，長焦是指500mm以上。

4.根據權利要求3所述的一種基于時空聚焦的均勻全息雙光子顯微系統，其特征在于：所述的正交柱透鏡(7)分為兩個柱透鏡的正交組合并緊鄰液晶空間光調制器平行放置。

5.根據權利要求1所述的一種基于時空聚焦的均勻全息雙光子顯微系統，其特征在于：所述的液晶空間光調制器(8)的液晶平面和物鏡(19)的后瞳面沿光路的光軸共軛。

6.根據權利要求1所述的一種基于時空聚焦的均勻全息雙光子顯微系統，其特征在于：所述飛秒激光器(1)發出的飛秒激光呈高斯分布而形成高斯光；

飛秒激光經液晶空間光調制器(8)得到高斯分布的平行光，然后以10°的入射角斜入射至液晶空間光調制器(8)。

7.根據權利要求1所述的一種基于時空聚焦的均勻全息雙光子顯微系統，其特征在于：所述的液晶空間光調制器(8)加載全息相位圖，飛秒激光經過液晶空間光調制器(8)時被相位調制，在實驗樣本(20)上形成全息光束。

8.根據權利要求7所述的一種基于時空聚焦的均勻全息雙光子顯微系統，其特征在于：所述的全息相位圖按照以下方式處理獲得：

S1、根據目標全息光束和液晶空間光調制器(8)高斯光的半徑按照以下公式處理獲得液晶空間光調制器(8)的環形初相位系數c：

c＝(r_out-1/πr_in)/(r_in/π)

其中，r_in表示液晶空間光調制器(8)輸入高斯光的半徑，r_out表示目標全息光束的外接圓半徑；

S2、根據環形初相位系數c再按照以下公式處理獲得液晶空間光調制器(8)液晶平面上每個像素的環形初始相位

其中，表示環形初始相位，x、y分別表示位于液晶空間光調制器(8)液晶表面上的像素在沿兩個相互垂直方向上的坐標位置，exp()表示指數函數，i表示虛數；

S3、按照以下公式處理獲得液晶空間光調制器(8)液晶平面上每個像素的線性初始相位

式中，k_x和k_y分別為液晶空間光調制器(8)液晶表面上x、y軸方向上的空間頻率，Δx和Δy為目標全息相位圖的質心距離中心的偏移量，θ為目標全息相位圖的質心和中心之間連線與x軸方向之間的夾角；

S4、按照以下公式處理獲得液晶空間光調制器(8)液晶平面上每個像素的錐形初始相位

其中，r為目標全息光束所呈現出的圖案的中間孔洞的半徑；

S5、綜合環形初始相位線性初始相位和錐形初始相位相加獲得最終的初始相位

最后將初始相位輸入到傅里葉迭代算法輸出全息相位，由各個像素的全息相位組成了全息相位圖。