[发明专利]一种自适应光学传像用柔性光路

说明书

技术领域

本发明涉及一种自适应光学传像用柔性光路，特别是多片透镜组通过机械万向节相连以实现多自由度转动而形成的可弯曲传像光路，并由光路中的波前传感器和可变形反射镜实时矫正像差，可代替传像光纤束用于弯曲管道内图像的无失真高分辨率传输。

背景技术

为了在弯曲管状结构内实现图像的无失真传输，通常的方法是采用传像光纤束。传像光纤束与照明光纤束均由多达数千至数万根光纤组成。传像光纤束两端的光纤排列完全相同，其中每根光纤在两端的位置一一对应，使传像光纤束一侧的图像能够完整不失真地传输到传像光纤束的另一侧；而照明光纤束两端的光纤排列完全不同，照明光纤束一侧的图像传输到传像光纤束的另一侧时已经完全打乱，因此照明光纤束只能用于照明。

传像光纤束的优点是直径小，具有一定可弯曲性（对于两端和中间都粘合的传像光纤束取决于单根光纤的直径，数量等参数；对于两端粘合，中间散开不粘合的传像光纤束则不存在此问题）等优点。但是传像光纤束也存在很多缺点：1.加工工艺复杂，成本较高；2.存在一定断丝率，长期使用影响成像品质；3.无法高质量传输超快激光脉冲，导致无法被用于非线性光学成像。因为激发光源发出的超快激光脉冲在普通光纤和透镜等光学元件中传输主要受到自相位调制和群速度延迟这两种效应影响而展宽。传像光纤束由数千至数万根单模光纤组成，由于每根单模光纤的直径仅为数微米，脉宽100fs 能量10nJ的激光脉冲在单模光纤中经过1cm的长度由于自相位调制效应就被展宽到1-10ps，峰值能量大大降低。能量越强，自相位调制效应越明显，且很难补偿。展宽后的激光脉冲继续在光纤中传播会以群速度延迟效应带来的展宽为主，而这种展宽是可以被补偿的。展宽的激光脉冲会使非线性效应的激发效率大大降低。因此传像光纤束虽然已被用于单光子荧光激发的共聚焦内窥成像，而却无法用于非线性光学成像。4.成像分辨率低：采用传像光纤束的光学成像系统的分辨率=（传像光纤束中相邻两根单模光纤中心的间距）*物镜的数值孔径/传像光纤束的数值孔径，常见的传像光纤束中相邻两根单模光纤中心的间距最小在3um左右，传像光纤束的数值孔径约为0.5左右，而受传像光纤束的应用的局限性，物镜往往无法使用台式显微镜的标准高数值孔径物镜，只能使用小直径的微型物镜，其数值孔径最高为0.5-0.8左右，因此采用传像光纤束的光学成像系统的分辨率通常为2-3um，个别最小为1.0um；5.成像为网格状，需要后期图像处理，成像质量低，相邻光纤之间存在信号串扰，相邻光纤之间材料易被激发产生荧光噪声等。

为了解决传像光纤束存在的上述问题，可采用多片透镜组通过机械万向节相连以实现多自由度转动而形成的可弯曲传像光路，可代替传像光纤束用于弯曲管道内图像的无失真高分辨率传输。由于多片透镜组会产生像差的累积，如果每片透镜组都尽采用复杂的光学结构进行像差的矫正，会使可弯曲传像光路的体积，成本和加工难度大大增加。因此，本发明通过增加光路中的波前传感器和可变形反射镜实时矫正像差，可以大大简化每片透镜组的结构，使可弯曲传像光路的体积，成本和加工难度大大降低。

发明内容

本发明涉及一种自适应光学传像用柔性光路，特别是多片透镜组通过机械万向节相连以实现多自由度转动而形成的可弯曲传像光路，并由光路中的波前传感器和可变形反射镜实时矫正像差，可代替传像光纤束用于弯曲管道内图像的无失真高分辨率传输。