当前位置: 首页 > 专利查询>浙江大学专利>正文

基于时空聚焦的均匀全息双光子显微系统技术方案

技术编号:30367080 阅读:49 留言:0更新日期:2021-10-16 17:38
本发明专利技术公开了一种基于时空聚焦的均匀全息双光子显微系统。激光器输出线偏振飞秒激光,经半波片和偏振光分束器调节功率和偏振方向达到最大调制效率,再经过正交柱透镜后斜入射到反射式液晶空间光调制器上,正交柱透镜组紧邻液晶空间光调制器平行放置,相位调制后光束经过一组由第二消色差透镜和第三消色差透镜构成的中继4F透镜进入时空聚焦模块,时空聚焦模块输出色散补偿后的激光经过二向色镜反射,再由物镜聚焦至实验样本上。本发明专利技术加载至液晶空间光调制器的全息相位图中相位奇点基本消除,最终获得无散斑噪声的高轴向分辨率的均匀全息光束,具有适用范围广泛、兼容性强、激发效率高等优点。发效率高等优点。发效率高等优点。

【技术实现步骤摘要】
基于时空聚焦的均匀全息双光子显微系统


[0001]本专利技术涉及光学全息领域的一种显微光学系统,具体涉及基于时空聚焦的均匀全息双光子显微系统。

技术介绍

[0002]全息双光子显微系统广泛用于显微成像、光遗传和光刻领域等。全息双光子系统用于显微成像能够提升图像信噪比,用于光遗传可以精准定位靶细胞位置并提高激发效率,用于光刻加工可以提高加工精度并加快加工速度。通过计算机生成的全息相位图可以控制光场的强度分布,全息相位图可以改变每个像素处的相位而不会对振幅产生影响。实际应用中,单色光照射空间光调制器或其他类似光学器件实现相位调制,该光束中继到聚焦物镜,在物镜的焦平面处会产生所需任意形状的强度分布。然而全息光束整形的主要问题是在整形后的全息光束中存在严重的散斑噪声,这严重降低了光束质量。
[0003]目前抑制或消除全息光束的散斑噪声的方法主要有四种:一是降低光源相干性,这种方法光路复杂,牺牲时间分辨率获取均匀全息光束;二是光路改进,对GS算法产生的CGH在频域上低通滤波,滤除高频的散斑噪声获取均匀全息光束,该方案在光路中增设滤波器,调节难度增大,全息光束的原有的高频信息丢失;三是优化数值重建的算法,增加信号区与噪声区,牺牲衍射效率去除全息光束的散斑噪声;四是通过迭代获取最佳的初始相位,降低时间分辨率获取无散斑的均匀全息光束。以上四种方法无法兼顾高时间分辨率、高衍射效率和系统兼容性。
[0004]传统全息相位图计算方法原理限制,计算机生成的全息相位图中存在相位奇点,全息光束中散斑噪声严重。
专利技术内
[0005]本专利技术提出了基于时空聚焦的均匀全息双光子显微系统,能够在保证时间分辨率和系统兼容性的基础上,消除全息光束散斑噪声,获得均匀全息光束。而且本方法具有适用范围广泛、兼容性强、激发效率高等优点。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下:
[0007]本专利技术包括飞秒激光器、半波片、偏振分束镜、聚焦镜、针孔、第一消色差透镜、正交柱透镜、液晶空间光调制器、第二消色差透镜、第一反射镜、第三消色差透镜、第二反射镜、第四消色差透镜、反射式闪耀光栅、第三反射镜、第五消色差透镜、二向色镜、物镜、滤光片、管透镜和相机;
[0008]飞秒激光器发出飞秒激光束,飞秒激光束经过半波片后入射到偏振分束镜发生反射,偏振分束镜的反射光束依次经聚焦镜、针孔、第一消色差透镜后再透过正交柱透镜入射到反射式液晶空间光调制器发生相位调制,正交柱透镜布置在液晶空间光调制器前方,液晶空间光调制器的反射调制光束再经正交柱透镜透射后依次经第二消色差透镜、第一反射镜发生反射,第一反射镜的反射光束再经第三消色差透镜、第二反射镜发生反射,第二反射
镜的反射光束经第四消色差透镜、反射式闪耀光栅发生反射,反射式闪耀光栅的反射光束再经第三反射镜反射、第五消色差透镜透射后入射到二向色镜发生反射,二向色镜的反射光束经物镜后产生全息光束照射到实验样本,实验样本被全息光束激发的荧光经物镜逆反回到二向色镜发生透射,二向色镜的透射光束依次经滤光片、管透镜后入射到相机。
[0009]所述的针孔和第一消色差透镜构成第一组4F透镜组,第二消色差透镜和第三消色差透镜构成第二组4F透镜组,第四消色差透镜和第五消色差透镜构成第三组4F透镜组。
[0010]所述的正交柱透镜为长焦,长焦是指500mm以上。
[0011]所述的正交柱透镜分为两个柱透镜的正交组合并紧邻液晶空间光调制器平行放置。
[0012]所述的反射式闪耀光栅反射出0级光束和1级光束,在0级光束出射端布置光挡,在1级光束出射端布置第三反射镜。
[0013]所述的液晶空间光调制器的液晶平面和物镜的后瞳面沿光路的光轴共轭。
[0014]所述飞秒激光器发出的飞秒激光呈高斯分布而形成高斯光。
[0015]飞秒激光经液晶空间光调制器得到高斯分布的平行光,然后以
°
的入射角斜入射至液晶空间光调制器。
[0016]所述的液晶空间光调制器加载全息相位图,飞秒激光经过液晶空间光调制器时被相位调制,在实验样本上形成全息光束。
[0017]所述的全息相位图按照以下方式处理获得:
[0018]S1、根据目标全息光束和液晶空间光调制器高斯光的半径按照以下公式处理获得液晶空间光调制器的环形初相位系数c:
[0019]c=(r
out

1/πr
in
)/(r
in
/π)
[0020]其中,r
in
表示液晶空间光调制器输入高斯光的半径,r
out
表示目标全息光束的外接圆半径;
[0021]所述的目标全息光束为期望在实验样本上呈现出的图案对应的光束分布图。由此环形初始相位的环形初相位系数c由输入高斯光的尺寸和目标全息光束大小决定。
[0022]S2、根据环形初相位系数c再按照以下公式处理获得液晶空间光调制器液晶平面上每个像素的环形初始相位
[0023][0024]其中,表示环形初始相位,x、y分别表示位于液晶空间光调制器液晶表面上的像素在沿两个相互垂直方向上的坐标位置,exp()表示指数函数,i表示虚数;
[0025]本专利技术的初始相位除环形相位项外还包含线性初始相位和锥形初始相位。线性初始相位决定目标全息全息光束的位置,锥形初始相位用于目标全息光束的中间孔洞生成。
[0026]S3、按照以下公式处理获得液晶空间光调制器液晶平面上每个像素的线性初始相位
[0027][0028]式中,k
x
和k
y
分别为液晶空间光调制器液晶表面上x、y轴方向上的空间频率,Δx和Δy为目标全息相位图的质心距离中心的偏移量,θ为目标全息相位图的质心和中心之间连
线与x轴方向之间的夹角;所述的质心是有图像中每个像素的灰度值的加权平均位置。
[0029]S4、按照以下公式处理获得液晶空间光调制器液晶平面上每个像素的锥形初始相位
[0030][0031]其中,r为目标全息光束所呈现出的图案的中间孔洞的半径;
[0032]S5、综合环形初始相位线性初始相位和锥形初始相位相加获得最终的初始相位
[0033][0034]最后将初始相位输入到傅里叶迭代算法输出全息相位,由各个像素的全息相位组成了全息相位图。
[0035]本专利技术激光器输出线偏振的飞秒激光,首先经过半波片和偏振光分束器调节功率,再经过一个半波片调整线偏振光的偏振方向,以达到液晶空间光调制器最大调制效率。该线偏振飞秒激光经过液晶空间光调制器后输出高斯分布的高M2因子的平行光,再经过一组正交的柱透镜后,斜入射到反射式液晶空间光调制器上,要求入射角度小于10
°
。正交柱透镜组紧邻液晶空间光调制器平行放置,作用在于抑制像面上由液晶空间光调制器造成的零级衍射光,且能够保证像面上的一级衍射光效率最强。
[0036]在液晶空间光调制器上加载对应的全息相位图对入射激光进行相本文档来自技高网
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于时空聚焦的均匀全息双光子显微系统,其特征在于:包括飞秒激光器(1)、半波片(2)、偏振分束镜(3)、聚焦镜(4)、针孔(5)、第一消色差透镜(6)、正交柱透镜(7)、液晶空间光调制器(8)、第二消色差透镜(9)、第一反射镜(10)、第三消色差透镜(11)、第二反射镜(12)、第四消色差透镜(13)、反射式闪耀光栅(14)、第三反射镜(16)、第五消色差透镜(17)、二向色镜(18)、物镜(19)、滤光片(21)、管透镜(22)和相机(23);飞秒激光器(1)发出飞秒激光束,飞秒激光束经过半波片(2)后入射到偏振分束镜(3)发生反射,偏振分束镜(3)的反射光束依次经聚焦镜(4)、针孔(5)、第一消色差透镜(6)后再透过正交柱透镜(7)入射到反射式液晶空间光调制器(8)发生相位调制,正交柱透镜(7)布置在液晶空间光调制器(8)前方,液晶空间光调制器(8)的反射调制光束再经正交柱透镜(7)透射后依次经第二消色差透镜(9)、第一反射镜(10)发生反射,第一反射镜(10)的反射光束再经第三消色差透镜(11)、第二反射镜(12)发生反射,第二反射镜(12)的反射光束经第四消色差透镜(13)、反射式闪耀光栅(14)发生反射,反射式闪耀光栅(14)的反射光束再经第三反射镜(16)反射、第五消色差透镜(17)透射后入射到二向色镜(18)发生反射,二向色镜(18)的反射光束经物镜(19)后产生全息光束照射到实验样本(20),实验样本(20)被全息光束激发的荧光经物镜(19)逆反回到二向色镜(18)发生透射,二向色镜(18)的透射光束依次经滤光片(21)、管透镜(22)后入射到相机(23)。2.根据权利要求1所述的一种基于时空聚焦的均匀全息双光子显微系统,其特征在于:所述的针孔(5)和第一消色差透镜(6)构成第一组4F透镜组,第二消色差透镜(9)和第三消色差透镜(11)构成第二组4F透镜组,第四消色差透镜(13)和第五消色差透镜(17)构成第三组4F透镜组。3.根据权利要求1所述的一种基于时空聚焦的均匀全息双光子显微系统,其特征在于:所述的正交柱透镜(7)为长焦,长焦是指500mm以上。4.根据权利要求3所述的一种基于时空聚焦的均匀全息双光子显微系统,其特征在于:所述的正交柱透镜(7)分为两个柱透镜的正交组合并紧邻液晶空间光调制器平行放置。5.根据权利要求1所述的一种基于时空聚焦的均匀全息双光子显微系统,其特征在于:所述的反射式闪耀光栅(14)反射出0级光束和1级光束,在0级光束出射端布置光挡(15),...

【专利技术属性】
技术研发人员:斯科龚薇王一帆郑瑶
申请(专利权)人:浙江大学
类型:发明
国别省市:

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1