[发明专利]一种实现透过散射介质聚焦的偏振相移相位共轭方法

说明书

本发明公开了一种实现透过散射介质聚焦的偏振相移相位共轭方法，包括：相位提取和相位共轭还原过程；相位提取过程基于偏振相移原理，通过调节参考光的偏振态，改变物光和参考光的相位差，利用相机提取系统获取物光和参考光的偏振相移干涉图，之后采用四步相移法提取物光场相位；相位共轭还原过程在空间光调制器上加载物光的相位共轭图，参考光直接照射后产生时间反演光从而实现透过散射介质聚焦。本发明结合偏振相移原理和相位共轭技术，能够克服散射介质的光散射特性，实现透过散射介质的光学聚焦。

技术领域

本发明涉及散射介质光学成像领域，尤其涉及一种实现透过散射介质聚焦的偏振相移相位共轭方法。

背景技术

光学聚焦是实现光学成像的前提，然而由于光在散射介质中发生随机散射扰乱了光波面，所以对于其内部目标难以直接实现光学聚焦和成像，是制约医学诊疗中成像深度和分辨率的重要因素。为了调控散射光波面，抑制光散射作用，人们相继提出了波前整形、传输矩阵等多种技术来实现透过散射介质的聚焦和成像。

波前整形是利用特定聚焦观测点的信号作为反馈调节入射光场的一种方法，利用变形镜或空间光调制器实现对入射散射介质的光波进行预先调制，从而实现透过散射介质聚焦。传输矩阵是通过调节入射光波面，由出射光波面计算散射介质的传输矩阵，利用传输矩阵的运算实现特定位置的聚焦。

光学相位共轭技术利用光波面的相位共轭调制实现光波的时间反演，使其能够有针对性地补偿波前畸变，抑制散射作用实现聚焦和成像，相比于传统的散射光成像技术，具有响应速度快，实时性强的特点。

目前，数字光学相位共轭方式可控性强、灵敏度高、曝光时间短且无波长和光强限制，具有更广泛的应用前景，是相关领域的研究热点。

发明内容

本发明提供了一种实现透过散射介质聚焦的偏振相移相位共轭方法，本发明结合偏振相移原理和相位共轭技术，能够克服散射介质的光散射特性，实现透过散射介质的光学聚焦，详见下文描述：

一种实现透过散射介质聚焦的偏振相移相位共轭方法，所述方法包括：相位提取和相位共轭还原过程；

其中，相位提取过程基于偏振相移原理，通过调节参考光的偏振态，改变物光和参考光的相位差，利用相机提取系统获取物光和参考光的偏振相移干涉图，之后采用四步相移法提取物光场相位；

相位共轭还原过程在空间光调制器上加载物光的相位共轭图，参考光直接照射后产生时间反演光从而实现透过散射介质聚焦；

其中，所述相位提取系统具体为：

激光器发出的一束激光经过光隔离器、第一1/2波片和偏振片后变为特定偏振方向的线偏振光，利用第一分光镜将其分为两束激光，一束光作为物光经过第二分光镜、第一物镜、散射片、第二物镜和第一1/4波片被反射镜反射进入第三分光镜；

另一束作为参考光经过第一透镜、滤光片、第二透镜和第二1/2波片后变为准直扩束光，与物光于第三分光镜处合束，一起垂直入射数字光学相位共轭系统。

进一步地，所述数字光学相位共轭系统中的空间光调制器经过第三透镜与第一相机构成物像关系，第一相机采集空间光调制器表面的干涉图样；

调节第一1/4波片的快轴角度，使得进入所述数字光学相位共轭系统的物光变为圆偏光，调节第二1/2波片的快轴角度；

利用第一CMOS相机记录第二1/2波片转动角度分别为0，π/4，π/2，3π/4时参考光与物光的干涉图；

利用计算得到物光散斑的相位分布；

其中，I₁(x,y)、I₂(x,y)、I₃(x,y)、以及I₄(x,y)均为光强分布。

其中，所述时间反演的过程具体为：