[发明专利]一种基于超声调制的贝塞尔光束大景深光声显微成像装置及方法

权利要求书

1.一种基于超声调制的大景深贝塞尔光束光声显微成像装置，包括：脉冲激光器(1)、压电陶瓷圆管(6)、三维扫描器(17)、数字脉冲延时器(12)、函数发生器(10)；

所述脉冲激光器(1)和所述数字脉冲延时器(12)、工作站(20)电性连接；

所述函数发生器(10)和D型触发器(11)、压电陶瓷圆管(6)电性连接；

所述工作站(20)和脉冲激光器(1)、采集卡(19)、三维扫描器(17)电性连接。

2.一种基于超声调制的大景深贝塞尔光束光声显微成像方法，包括：

S1：脉冲激光器(1)发射激光脉冲，经过扩束系统将光斑大小整形至和压电陶瓷圆管(6)口径相当后入射至填充满光学透明液体的压电陶瓷圆管(6)；

S2：使用函数发生器(10)对压电陶瓷圆管(6)施加一个正弦射频信号，压电陶瓷圆管(6)内外壁发生振动并产生超声波，超声波会周期性地调制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分布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：使用同步电路同步脉冲激光器(1)出光和压电陶瓷圆管(6)内液体折射率的变化，使脉冲激光器(1)固定在折射率变化的一个相位上出光；

通过控制数字脉冲延时器(12)的延时使脉冲激光器(1)在压电陶瓷圆管(6)内液体折射率变为正最大的时候出光，此时压电陶瓷圆管(6)内液体径向折射率分布为零阶贝塞尔函数分布，这样，经超声调制后从压电陶瓷圆管(6)出来的光束为贝塞尔光束；

S4:将获得的贝塞尔光束通过第五聚光透镜(9)聚焦至样品(16)上，产生的光声信号经过声透镜探测，经放大器(18)放大，最后被采集卡(19)采集；

S5:使用三维扫描器(17)进行二维光栅扫描获取三维数据。

3.根据权利要求2所述的一种基于超声调制的大景深贝塞尔光束光声显微成像方法，其特征在于：

S1中所述扩束系统由第一聚光透镜(2)和第二聚光透镜(3)构成，

所述压电陶瓷圆管(6)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，

所述激光脉冲竖直入射至压电陶瓷圆管(6)，为避免横向放置时因为重力导致径向折射率分布不对称，压电陶瓷圆管(6)为竖直放置，所述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。

4.根据权利要求2所述的一种基于超声调制的大景深贝塞尔光束光声显微成像方法，其特征在于：

S2的经超声调制后的所述光学透明液体折射率分布为其中n₀为介质的静态折射率，c_s为介质中的声速，ω为驱动信号的频率，r和t分别表示位置和时间，J₀为零阶贝塞尔函数，n_a是与ω、声介质物理特性有关的常数，折射率分布表现为零阶贝塞尔函数，且随时间与驱动信号同步变化。

5.根据权利要求2所述的一种基于超声调制的大景深贝塞尔光束光声显微成像方法，其特征在于：

S3所述的同步电路由三维扫描器(17)、函数发生器(10)、D型触发器(11)、数字脉冲延时器(12)构成，使用函数发生器(10)输出正弦射频信号驱动压电陶瓷圆管(6)，正弦射频信号的同步信号接入D型触发器(11)的时钟端，三维扫描器(17)在横向每移动一步会输出位置同步信号接入D型触发器(11)的D端，所述位置同步信号为TTL方波信号；

根据D型触发器(11)的特征方程，只有在同步信号上升沿时，D型触发器(11)才被触发，输出信号等于输入信号；D型触发器(11)的输出端接入数字脉冲延时器(12)，数字脉冲延时器(12)输出端用于触发脉冲激光器(1)。

6.根据权利要求2所述的一种基于超声调制的大景深贝塞尔光束光声显微成像方法，其特征在于：

S4中所述声透镜由超声换能器(13)和声光耦合棱镜(14)构成，

所述声光耦合棱镜的数值孔径为0.5。