[发明专利]一种获取多模光纤成像传输矩阵的方法及系统

说明书

本发明公开一种获取多模光纤成像传输矩阵的方法及系统，通过在多模光纤出射端面和物体标靶之间引入分束镜，分别将物体标靶成像到多模光纤之前的第一成像模块和多模光纤之后的第二成像模块上，然后分别与参考光进行干涉，通过全息算法计算出物体反射光未经多模光纤的复光场图像和经过多模光纤后被光纤扰乱的复光场图像。通过移动物体标靶，记录下N个不同位置时第一成像模块和第二成像模块上对应的N幅全息图，然后利用全息算法恢复得到N幅对应不同位置的光场信息，计算出多模光纤成像的传输矩阵。本发明只需要移动物体标靶就可以计算出多模光纤成像的传输矩阵，操作简单，容易实现，避免了重复移动多模光纤带来的一系列问题。

技术领域

本发明涉及基于多模光纤的模式特性实现光学成像的技术领域，更具体地，涉及一种获取多模光纤成像传输矩阵的方法及系统。

背景技术

多模光纤能同时传递成千上万个模式，在这么多个独立的空间模式中进行并行的信息传递，采用单根多模光纤来代替光纤束进行成像，可以在获得良好的像素密度的前提下，大大减少光纤镜头的直径，从而增加了光纤内窥镜的可接入性。在多模光纤成像过程中，会产生复杂的模式而且会产生畸变，成像系统是一个线性的但空间变换的系统，物体平面处不同点的点扩散函数不同，因此用传输矩阵的方式来描述从物体平面到成像平面的点扩散函数。而且与传统的传输模式的成像系统不同的是，成像通常在反射模式下进行，如内窥镜成像，而且会在照明光在光纤内传输到物体和物体反射的光经过光纤传输到成像平面的两个过程中都会产生失真。因此，激光在多模光纤中传输时可能产生的不规则照明也需要关注。

传统得到均匀光照明的方法是改变入射激光的发射角，例如在光纤端面处倾斜或补偿入射光波，在这种激光入射的条件下，几乎可以激发光纤内的所有模式，当足够多的光纤模式被激发，则耦合的光场可以近似被看作是均匀光照明。简单来说，就是在入射激光在入射的时候不同的入射角下物体所获得的照明光是不同的，因此通过传输矩阵反算出的图像也是不同的。在某一个入射角的条件下，反算出的物体图像是不清晰的。因此通过取很多个入射角，每个入射角反算出不同的图像，把这些图像叠加后取平均，就可以得到较为清晰的图像。这种方法通过取很多个不同的入射角取平均，可以近似地实现均匀光照明，这样就消除了激光入射到多模光纤从多模光纤一端传输到物体平面过程中所产生的畸变。

基于现在的多模光纤传输矩阵测量方案，为了获得均匀光照明，需要不断改变入射激光的入射角，甚至需要改变几千次入射角，每次改变入射角的变化不大，对实验仪器精度要求比较高，最重要的是在改变激光耦合进多模光纤的入射角时，多模光纤的位置也要改变，需要重复几千次光纤耦合的步骤，这对于空间光纤耦合来说是很难操作的，需要耗费大量的时间和精力。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决现有多模光纤传输矩阵测量方案需要改变激光耦合进多模光纤的入射角，且多模光纤的位置也要改变，需要重复几千次光纤耦合的步骤，这对于空间光纤耦合来说是很难操作的，需要耗费大量的时间和精力的技术问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供一种获取多模光纤成像传输矩阵的方法，包括以下步骤：

产生一束单色的线性极化的高斯光束；将所述高斯光束分成两束，分别为信号光和参考光；将所述参考光分为两束，分别为第一束参考光和第二束参考光；多模光纤的两端分别为第一光纤端面和第二光纤端面；

将所述信号光聚焦后从第一光纤端面耦合进入多模光纤，从第二光纤端面射出，准直后投射到物体标靶；将投射到物体标靶的信号光由物体标靶反射后，分成两束，分别为第一束反射信号光和第二束反射信号光；

将第一束反射信号光聚焦后从第二光纤端面耦合进入多模光纤，从第一光纤端面射出，再聚焦后成像到第一成像模块上；将所述第一束参考光成像到第一成像模块上，所述第一束反射信号光与第一束参考光在所述第一成像模块中产生干涉，得到第一全息图；