[发明专利]一种基于压电陶瓷圆管的虚拟自聚焦透镜产生的装置及方法

说明书

本发明涉及一种基于压电陶瓷圆管的虚拟自聚焦透镜产生的装置及方法，设置有脉冲激光器、函数发生器、数字脉冲延时器、压电陶瓷圆管和由D型触发器构成的同步电路。脉冲激光器发射激光脉冲，入射至压电陶瓷圆管，使用第一函数发生器对压电陶瓷圆管施加一个正弦射频信号，在圆管中的液体会产生驻波，驻波会周期性地改变局部液体密度，进而改变液体折射率分布，径向上液体折射率表现为零阶贝塞尔函数分布，并且和正弦射频信号同步变化。构建同步电路同步激光脉冲和压电陶瓷圆管的折射率变化，使脉冲激光器在压电陶瓷圆管中心折射率变化为正最大的时候出光，此时圆管中心区域的折射率分布近似为自聚焦透镜的折射率分布，进而获得虚拟的自聚焦透镜。

技术领域

本发明涉及光学成像领域，特别是涉及一种基于压电陶瓷圆管的虚拟自聚焦透镜产生的装置及方法。

背景技术

由于生物组织对光的散射作用，传统的光学成像方式的成像深度和成像分辨率受到限制，特别是在可见光和近红外波段。生物组织由以下物质的异质混合物组成：大颗粒，例如核和细胞器，或小颗粒结构，例如高分子聚集体和膜。当散射粒子的大小与光的波长相当时，米氏散射占主导地位，而当尺寸小于在光的波长范围内，瑞利散射占主导地位。当准直光束或聚焦光束进入诸如生物组织之类的混浊介质，会由于散射而分散。因此，光的强度下降，并且空间分辨率随着光的散射事件数增加而降低。为提高成像信噪比，常用的方法如增加光输入功率以补偿因为组织对光的衰减而导致的强度损失，将会对表面组织产生破坏(光毒性或者光漂白)并产生强烈的背景噪声信号。

为了解决这个问题，有研究者通过在生物组织深层植入微内窥镜或者微型透镜来收集来自组织深层的光，进而保证较好的信号强度和空间分辨率。这种微型显微镜比较常用的是渐变折射率透镜(自聚焦透镜)，其可中继光学图像。自聚焦透镜的植入能够获得生物组织深层的图像，避免组织对光的散射，但是其是一种入侵有损的成像方式。在生物成像中更希望有一种无损非入侵式的深层光学成像方式。

发明内容

基于此，有必要针对上述提到的问题，提供一种基于压电陶瓷圆管的虚拟自聚焦透镜产生的装置及方法。

一种基于压电陶瓷圆管的虚拟自聚焦透镜产生的装置，其特征在于：所述装置包括脉冲激光器(1)、数字脉冲延时器(2)、D型触发器(3)、第一函数发生器(4)、第二函数发生器(5)以及压电陶瓷圆管(6)

一种基于压电陶瓷圆管的虚拟自聚焦透镜产生的方法，其步骤包括：

S1：脉冲激光器发射激光脉冲，入射至填充满光学透明液体的压电陶瓷圆管；

S2：使用第一函数发生器对压电陶瓷圆管施加一个正弦射频信号，在压电陶瓷圆管中的光学透明液体会产生驻波，驻波会周期性地改变局部光学透明液体密度，进而改变光学透明液体折射率分布，径向上光学透明液体折射率表现为零阶贝塞尔函数分布，并且和正弦射频信号同步变化；

S3：构建同步电路同步激光脉冲和压电陶瓷圆管的折射率的变化；

S4：通过控制数字脉冲延时器的延时可以使脉冲激光器在压电陶瓷圆管中心折射率变为正最大的时候出光，此时压电陶瓷圆管中心区域的折射率分布近似为自聚焦透镜的折射率分布，进而获得虚拟的自聚焦透镜。

优选的，S1中压电陶瓷圆管经过极化后在内外壁上加镀形成内电极和外电极，内电极从一端延展到外壁上，所述内电极与所述外电极在外壁上和另一端的端面形成两个间隙。

优选的，S1中激光脉冲竖直入射至压电陶瓷圆管中心处，压电陶瓷圆管为竖直放置，这是为避免横向放置时因为重力导致径向折射率分布不对称。

优选的，S1中光学透明液体为硅油，所述硅油的运动粘度为50-150cSt、折射率为1-2、声速为800-1200米/秒。