[发明专利]基于波前整形的多模光纤超分辨成像装置及其光斑校正方法

权利要求书

1.一种基于波前整形的多模光纤超分辨成像装置，其特征在于：包括探测系统和对所述探测系统出射的光斑进行校正的校正系统；

所述探测系统包括淬灭光光路、激发光光路和探测光路；所述淬灭光光路与所述激发光光路合束后耦合入多模光纤内，所述校正系统设置在所述多模光纤的输出端，用于对多模光纤出射的光斑进行测量并根据测量数据对所述光斑进行校正；

所述淬灭光光路上依次设有用于产生淬灭光的第一激光器、用于调制淬灭光的群速度色散特性的第一色散调制器以及用于调制淬灭光相位的第一空间光调制器；

所述激发光光路上依次设有用于产生激发光的第二激光器、用于调制激发光的群速度色散特性的第二色散调制器、用于调整激发光与淬灭光之间脉冲间隔的延迟线以及用于调制激发光相位的第二空间光调制器；

所述探测光路位于所述多模光纤的输入端，其上设有光电探测器，样品受所述多模光纤输出端经校正后的光斑扫描激发后发出荧光返回原多模光纤，经所述探测光路被光电探测器收集；

校正后的成像装置将多模光纤放入生物体内，通过移动光纤来实现在生物组织样本中不同深度的成像。

2.根据权利要求1所述的多模光纤超分辨成像装置，其特征在于：所述的第一色散调制器和所述的第二色散调制器包括棱镜对，所述棱镜对之间的距离为D，该距离D通过群速度延迟色散公式计算得到。

3.根据权利要求2所述的多模光纤超分辨成像装置，其特征在于：所述的第一色散调制器和所述的第二色散调制器还包括对光束进行反射的反射镜。

4.根据权利要求1所述的多模光纤超分辨成像装置，其特征在于：所述的淬灭光光路和所述的激发光光路通过第一二向色镜进行合束，合束后的光路上设有第二二向色镜，用于将从所述多模光纤中出射的样品荧光信号反射至所述的探测光路。

5.根据权利要求1所述的多模光纤超分辨成像装置，其特征在于：所述的第一色散调制器与所述的第一空间光调制器之间设有用于提高所述第一空间光调制器对淬灭光的调制灵敏度的第一1/2波片；

所述的延迟线与所述的第二空间光调制器之间设有用于提高所述第二空间光调制器对激发光的调制灵敏度的第二1/2波片。

6.根据权利要求1所述的多模光纤超分辨成像装置，其特征在于：所述的多模光纤为阶跃折射率光纤、渐变折射率光纤或光子晶体光纤；所述的第一激光器为飞秒激光器，所述的第二激光器为皮秒激光器。

7.一种用于权利要求1～6任一权利要求所述的多模光纤超分辨成像装置的光斑校正方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)激发光通过空间光调制器的调制，一部分作为调制区域，该区域的光经过调制后复振幅被描述为E_n，n对应于调制区域上的像素；另外一部分作为参考区域，该区域的光不经过调制其复振幅被描述为S_n’，n’对应于参考区域的像素；

(2)将调制区域的光到达校正系统中相机所在平面的复振幅描述为E_m＝k_mnE_n，k_mn为一个复数矩阵，表示m个输出模式与n个输入模式间的变换关系，参考区域的光到达校正系统中相机所在平面的复振幅描述为S_m，两束光发生干涉；通过四步相移法算出两束光的复振幅分布，为调制光整体相移θ相位后所对应的干涉光斑强度，m对应校正系统中相机上的像素，则

(3)利用一个哈达玛标准正交基H将出射光斑的复振幅信息和经空间光调制器调制的光的复振幅信息建立对应关系E_m＝k_mn*H，结合公式1计算得到传输矩阵K_obs＝SK_mn；

(4)通过传输矩阵，在空间光调制器上加载对应的相位图，激发光通过多模光纤后生成艾里斑状的激发光光斑；

(5)淬灭光重复步骤(1)～(5)得到甜甜圈状的淬灭光光斑。

8.一种用于权利要求1～6任一权利要求所述的多模光纤超分辨成像装置的光斑校正方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)激发光通过激发光光路中空间光调制器的调制后耦合至多模光纤，从多模光纤出射的光斑成像到校正系统的相机上，相机获取目标区域的光强；

(2)以艾里斑状的光强分布作为信标，控制激发光光路中空间光调制器上每个像素块独立实现对相位的调制；

(3)优化调制，直至信标信号强度达到最大，即激发光光路中空间光调制器产生了符合艾里斑状光斑生成要求的波前；

(4)淬灭光重复步骤(1)～(3)，直至淬灭光光路中空间光调制器产生了符合面包圈状光斑生成所要求的波前。