[发明专利]数字光学位相反转器的调校装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及自适应光学领域，尤其涉及一种对数字光学位相反转器进行调校的装置和方法。

背景技术

光线散射一直是光学成像系统设计所面临的重大挑战之一。由于折射率的不规则性所带来的光线散射，会提高系统背景噪声并带来额外波像差，并进而影响光学成像的分辨率和对比度，一直以来严重影响着包括天文望远镜、显微镜在内的诸多光学成像系统的成像质量。

为了解决上述问题，人们自上世纪50年代发展出了所谓自适应光学的概念，通过对于接到光场光波前的人为修正，达到减少散射影响、提高成像质量的目的。经过数十年的发展，目前的自适应光学已经成为光学里的一个重要分支，包括一系列基于不同概念的理论和具体实现方法。在这当中，应用和发展最为广泛的是光学位相反转法，即将原来穿过散射介质后被发散的光线进行位相反转后重新通过原有的散射介质。经过理论和实验证明，该种方法可以有效地补偿由于散射对于原有成像光学系统性能所带来的影响。

自上世纪70年代光学位相反转的概念被首次提出以来【A.Yariv等，《Phase conjugate optics and real-time holography》】，光学位相反转的具体实现装置几经变革。目前，比较常见的实现装置主要都基于光学非线性效应，如光致折变效应【P.Yeh，《Introduction to photorefractive nonlinear optics》】和布里渊散射效应【D.P.M.Gower，《Optical phase conjugation》】等。然而，利用这些光学非线性效应实现光学位相反转的装置，其光能利用率(光能利用率定义：最终被光学位相反转的光能量与入射装置的总光能量之比)往往较低，并且为了激发非线性效应，在构建装置时往往需要特殊的光源和与之对应的光学晶体。这些限制使得该种类型的光学位相反转器在使用上受到了极大的限制。

为了解决上述问题，2010年有研究人员提出了新的数字光学位相反转器【M.Cui等，Implementation of a digital optical phase conjugation system and its application to study the robustness of turbidity suppression by phase conjugation】，并在随后进一步对原有装置进行了简化【K.Si等，Fluorescence imaging beyond the ballistic regime by ultrasound-pulse-guided digital phase conjugation】。与传统方法不同，该种装置不依赖于光学非线性效应。构建上述装置往往仅需要三个器件：一个50-50分束棱镜对入射光进行分光，一个数字相机进行光波前探测，一个空间光调制器根据探测值光波前调制。数字相机和空间光调制器的像素值等大，二者在光学上相对于50-50分束棱镜处于光学共轭位置，并且二者的每个像素在位置上一一对应。由于结构简单，并且对于光源性质，如波长、相干长度和输入光强等，没有严格的要求，因此数字光学位相反转器一经推出便受到了业内的广泛关注。现在，该装置已被大量应用于显微成像等领域，并取得了显著的像质提升效果。

但是，数字光学位相反转器对于其数字相机和空间光调制器的相对位置有非常严格的要求。如前所述，为了达到最佳的性能，要求二者处于光学共轭位置、每个像素等大并且在位置上一一对应，这些要求使得数字光学位相反转器变得十分困难。原有数字光学位相反转器的发明人曾经提出过一整套的调校方法【M.Cui等，Implementation of a digital optical phase conjugation system and its application to study the robustness of turbidity suppression by phase conjugation】，但是该方法的实现较为困难，需要复杂的光路设计并借助于专门的标定掩模板。由于掩模板的特征尺寸直接决定于构建数字光学位相反转器所使用的数字相机和空间光调制器。当使用不同的数字相机和空间光调制器时，所使用的标定掩模板也需要重新制作，因此该方法的通用性受到了很大的限制。

发明内容

本发明提供了一种数字光学位相反转器的调校方法，以简化调校步骤并克服原有方法通用性不足的问题。

一种数字光学位相反转器的调校方法，包括以下步骤：