一种基于偏振态层析的光学成像系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于偏振态层析的光学成像系统，其包括偏振光发生装置、偏振态相干调制装置和偏振态测量装置，其中，偏振态相干调制装置包括偏振分束器、参考臂和样品臂；偏振光发生装置生成入射线偏振光，入射线偏振光在偏振分束器分光形成偏振方向相互垂直的入射参考光和入射样品光；入射参考光进入参考臂发生反射形成反射参考光，入射样品光进入样品臂发生反射形成反射样品光，反射参考光和反射样品光的偏振方向相互垂直；反射参考光和反射样品光在偏振分束器汇聚并相干合成，形成合成光；偏振态测量装置测量合成光的偏振信息，获得偏振光强图像。本发明专利技术所述的基于偏振态层析的光学成像系统具有准确性高、可实时测量的优点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于偏振态层析的光学成像系统和方法


[0001]本专利技术涉及偏振层析，特别是涉及一种基于偏振态层析的光学成像系统和方法。

技术介绍

[0002]偏振光对高双折射的结构成分和材料非常敏感，因而被广泛用于研究多种生物环境的细胞外基质，如皮肤、角膜等。偏振成像技术通过入射偏振光与样品发生相互作用后偏振态的差异来表征物质的偏振特性，具备光学成像技术非侵入、无损伤的特点，同时能够区别于利用光波强度属性的传统光学成像技术，提供样品的各向异性的结构信息。当生物组织的结构或功能发生变化时，其偏振特性也将不同，偏振成像方法能够获取样品的部分或全部偏振信息，有助于研究由组织结构病理改变而引起的偏振特性变化，进而为病变组织医疗诊断提供了参考。而传统的偏振成像技术如偏振光强成像、穆勒矩阵成像等无法独立提取样本某一深度处的部分或全部偏振信息，从而无法实现层析效果。
[0003]另外，光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography,OCT)的发展则为研究同一样品不同深度的信息提供了新的技术支撑，其利用生物组织反射、散射信号来获取光学图像，能够对生物组织样本实现高分辨率的光学断层成像，主要反映样品的散射特性。
[0004]偏振敏感光学相干层析成像技术(polarization
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sensitive OCT,PS
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OCT)是将偏振成像技术与光学相干层析成像技术相结合的新的成像技术，其在OCT基础上加入偏振器件，从而实现偏振层析。请参阅图1，其为现有技术中的PS<br/>‑
OCT系统的结构示意图。该PS
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OCT系统包括偏振光发生装置1、偏振光干涉装置2和偏振光干涉测量装置3。其中，偏振光干涉装置2包括分束器21、参考臂22和样品臂23。偏振光干涉测量装置3包括偏振分束器31、第一探测器32和第二探测器33。
[0005]偏振光发生装置1产生的入射线偏振光传输至分束器21进行分束，生成进入参考臂22的入射参考光和进入样品臂23的入射样品光。由于分束器(Beam Splitter,BS)只对入射光的能量进行分离，但不能改变入射光的偏振态，故所述分束器21将入射线偏振光分成传播方向不同的入射参考光和入射样品光，而入射参考光和入射样品光的偏振方向仍然保持一致。
[0006]参考臂22包括依次设置于入射参考光光轴上的1/4波片221和电动位移台222，以及设置在电动位移台222上的平面镜223。入射参考光经过1/4波片221后在平面镜223处发生反射，生成反射参考光；反射参考光经过1/4波片221后回到分束器21。
[0007]样品臂23包括依次设置于入射样品光光轴上的1/4波片231、显微物镜232和样品台233。入射样品光依次经过1/4波片231和显微物镜232后，在放置在样品台233上的样品处反射，生成反射样品光；反射样品光依次经过显微物镜232和1/4波片231后回到分束器21。
[0008]反射参考光和反射样品光在分束器21汇聚并发生干涉，生成干涉光。此时，反射参考光和反射样品光的偏振方向并非保持一致，反射参考光和反射样品光的偏振方向可分解成垂直方向和水平方向，其中，反射参考光的垂直偏振分量和反射样品光的垂直偏振分量发生干涉，产生干涉光的垂直偏振分量；反射参考光的水平偏振分量和反射样品光的水平
偏振分量发生干涉，产生干涉光的水平偏振分量。即，所述干涉光包含垂直偏振分量和水平偏振分量。
[0009]所述干涉光传播至偏振分束器31后进行分束，得到垂直干涉光和水平干涉光。其中，垂直干涉光为干涉光的垂直偏振分量，由第一探测器32接收获垂直干涉图像；水平干涉光为干涉光的水平偏振分量，由第二探测器33接收获得水平干涉图像。
[0010]尽管上述PS
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OCT系统能够对检测样品实现偏振层析的效果，但是由于其测量精度依赖于干涉条纹的对比度，在干涉条纹对比度较差时会导致偏振层析的准确性较差。另外，该PS
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OCT系统在进行成像时，对样品同一深度每次仅能生成一幅干涉图像，需要采集多幅干涉图像来获得样品在此深度的较全面的偏振信息，因此检测效率较低，无法实现实时偏振层析。

技术实现思路

[0011]基于此，本专利技术的目的在于，提供一种可实时准确地偏振层析的基于偏振态层析的光学成像系统。
[0012]本专利技术通过如下技术方案进行实现的：
[0013]一种基于偏振态层析的光学成像系统，包括偏振光发生装置、偏振态相干调制装置和偏振态测量装置，其中，所述偏振态相干调制装置包括偏振分束器、参考臂和样品臂；
[0014]所述偏振光发生装置生成入射线偏振光，所述入射线偏振光在所述偏振分束器分光形成偏振方向相互垂直的入射参考光和入射样品光；所述入射参考光进入所述参考臂发生反射形成反射参考光，所述入射样品光进入所述样品臂发生反射形成反射样品光，所述反射参考光和所述反射样品光的偏振方向相互垂直；所述反射参考光和所述反射样品光在所述偏振分束器汇聚并相干合成，形成合成光；所述偏振态测量装置测量所述合成光的偏振信息，获得偏振光强图像。
[0015]本专利技术所述的基于偏振态层析的光学成像系统，偏振态相干调制装置通过形成偏振方向相互垂直的反射样品光和反射参考光，确保反射样品光和反射参考光能够发生相干合成，获得稳定性较高的合成偏振态，克服了基于偏振光干涉的光学成像系统测量精度差的缺陷，从而实现准确地偏振层析。
[0016]进一步地，所述参考臂包括依次设置于所述入射参考光光轴上的第一1/4波片和平面镜；所述入射参考光经过所述第一1/4波片后，在所述平面镜处发生反射获得所述反射参考光，所述反射参考光经过所述第一1/4波片回到所述偏振分束器；
[0017]所述样品臂包括依次设置于所述入射样品光光轴上的第二1/4波片和样品台；所述入射样品光经过所述第二1/4波片后，在所述样品台上的样品处反射获得所述反射样品光，所述反射样品光经过所述第二1/4波片回到所述偏振分束器；
[0018]其中，所述第一1/4波片的快轴具有第一方位角，所述第二1/4波片的快轴具有第二方位角，通过所述第一方位角和所述第二方位角的相互配合，确保所述反射参考光和所述反射样品光的偏振方向相互垂直。
[0019]进一步地，所述偏振态测量装置包括第一偏振相机，所述第一偏振相机测量所述合成光的线偏振分量，获得线偏振光强图。
[0020]进一步地，所述合成光在所述分束器分束形成偏振方向相同的第一合成光和第二
合成光；所述第一偏振相机测量所述第一合成光的线偏振分量，获得线偏振光强图；所述第二合成光经所述第三1/4波片进入所述第二偏振相机，所述第二偏振相机测量所述第二合成光的圆偏振分量，获得圆偏振光强图。上述偏振态测量装置在单次成像时能够得到合成偏振态的线偏振光强图像和圆偏振光强，检测效率高，成像速度快，获取的信息更全面。
[0021]进一步地，所述参考臂还包括第一物镜，所述第一物镜设置于所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于偏振态层析的光学成像系统，其特征在于：包括偏振光发生装置、偏振态相干调制装置和偏振态测量装置，其中，所述偏振态相干调制装置包括偏振分束器、参考臂和样品臂；所述偏振光发生装置生成入射线偏振光，所述入射线偏振光在所述偏振分束器分光形成偏振方向相互垂直的入射参考光和入射样品光；所述入射参考光进入所述参考臂发生反射形成反射参考光，所述入射样品光进入所述样品臂发生反射形成反射样品光，所述反射参考光和所述反射样品光的偏振方向相互垂直；所述反射参考光和所述反射样品光在所述偏振分束器汇聚并相干合成，形成合成光；所述偏振态测量装置测量所述合成光的偏振信息，获得偏振光强图像。2.根据权利要求1所述的基于偏振态层析的光学成像系统，其特征在于：所述参考臂包括依次设置于所述入射参考光光轴上的第一1/4波片和平面镜；所述入射参考光经过所述第一1/4波片后，在所述平面镜处发生反射获得所述反射参考光，所述反射参考光经过所述第一1/4波片回到所述偏振分束器；所述样品臂包括依次设置于所述入射样品光光轴上的第二1/4波片和样品台；所述入射样品光经过所述第二1/4波片后，在所述样品台上的样品处反射获得所述反射样品光，所述反射样品光经过所述第二1/4波片回到所述偏振分束器；其中，所述第一1/4波片的快轴具有第一方位角，所述第二1/4波片的快轴具有第二方位角，通过所述第一方位角和所述第二方位角的相互配合，确保所述反射参考光和所述反射样品光的偏振方向相互垂直。3.根据权利要求1所述的基于偏振态层析的光学成像系统，其特征在于：所述偏振态测量装置包括第一偏振相机，所述第一偏振相机测量所述合成光的线偏振分量，获得线偏振光强图。4.根据权利要求3所述的基于偏振态层析的光学成像系统，其特征在于：所述偏振态测量装置还包括分束器、第三1/4波片和第二偏振相机；所述合成光在所述分束器分束形成偏振方向相同的第一合成光和第二合成光；所述第一偏振相机测量所述第一合成光的线偏振分量，获得线偏振光强图；所述第二合成光经所述第三1/4波片进入所述第二偏振相机，所述第二偏振相机测量所述第二合成光的圆偏振分量，获得圆偏振光强图。5.根据权利要求2所述的基于偏振态层析的光学成像系统，其特征在于：所述参考臂还包括第一物镜，所述第一物镜设置于所述入射参考光光...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐志列，杨婷婷，林嘉怡，任汉宏，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：