[实用新型]一种自适应光学聚焦干涉补偿系统

说明书

技术领域

本实用新型属于光遗传学与光学显微成像领域，特别涉及了一种自适应光学聚焦干涉补偿系统，并应用于新一代非侵入性光遗传学光刺激与活体深穿透光学显微成像。

背景技术

在生物医学光学领域，光学散射是制约光学成像质量的主要因素。多数深部组织成像的光学技术(例如，激光共聚焦成像，双光子显微镜和光学相干层析扫描)主要利用非散射光子(即弹道光子)成像。弹道光子的数量随深度增加呈指数式衰减，因此将光学聚焦范围限制在了1mm的深度。

光遗传学技术需要对特定的神经元进行光刺激，以研究其神经环路机理。但是传统的光纤植入式光遗传学对活体生物的损伤严重，不利于长期研究。早先应用在天文学中的自适应光学技术，为实现深层生物组织光刺激与成像提供了新的技术支持。

现有的非侵入式自适应光遗传学技术是基于自适应光学的精确相位校正，通过将空间光调制器分成若干分区，依次等间隔改变分区内的光束附加相位，探测其最佳光学聚焦相位。每个分区依次循环迭代，从而获得最终校正相位，对入射光束进行相位补偿，从而校正其畸变相位，形成良好光学聚焦。

但是以上精确相位校正需要消耗大量的时间，为了获得更好地光学校正，就需要划分更多的分区与更细的相位间隔。由于空间光调制器的图像刷新率较低，导致光学校正消耗大量时间，不利于活体生物中进行实时光遗传学刺激和实时高分辨率光学成像，制约了自适应光遗传技术和显微技术的推广。

实用新型内容

为了解决背景技术中存在的问题，本实用新型目的在于利用图像刷新率较高的数字微镜器件解决传统自适应光遗传学中空间光调制器耗时较长的问题。从光学干涉原理出发，将光束分为若干区域，并探测各分区内光束对聚焦中心的干涉作用。通过保留对聚焦中心干涉相长的区域内的光束，同时对聚焦中心干涉相消的区域内的光束附加相位差π，使其满足干涉相长条件并将其再次引入光路中。通过将原本对聚焦光斑中心起到负面作用的干涉相消的光束转为能够干涉相长的光束，使得光束得到充分利用，从而提升了光学聚焦的质量，缩短了自适应光刺激的校正时间。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案包括以下步骤：

系统包括激光器、光束准直扩束模块、数字微镜器件、相位补偿模块、分束器、缩束模块、扫描模块、二向色镜、显微物镜、实验样品和光强探测模块。光束准直扩束模块布置在激光器之后，激光器发射出光束经准直扩束模块平行扩束并空间滤波后入射到数字微镜器件，数字微镜器件旁侧出射端前方置有相位补偿模块，数字微镜器件正侧出射端置有分束器和缩束模块，相位补偿模块位于分束器的旁侧处，数字微镜器件的旁侧反射光束经相位补偿模块后再反射到分束器中，数字微镜器件的正侧反射光束直接反射到分束器中；缩束模块前方设有二向色镜；光束经二向色镜反射后经过扫描模块进入显微物镜聚焦，实验样品位于显微物镜焦平面上；实验样品内激发出的荧光经过显微物镜与扫描模块后透过二向色镜被光强探测模块接收进行光强探测。

所述的光束准直扩束模块包括前光束准直扩束模块透镜、光束空间滤波器和后光束准直扩束模块透镜；前光束准直扩束模块透镜、光束空间滤波器和后光束准直扩束模块透镜依次平行布置在激光器出射端的前方，入射光束依次经前光束准直扩束模块透镜、光束空间滤波器和后光束准直扩束模块透镜平行扩束后入射到数字微镜器件。

所述的相位补偿模块包括但不限于光学延迟线、空间光调制器、相位延迟片等。

所述的缩束模块包括前缩束模块透镜和后缩束模块透镜；前缩束模块透镜和后缩束模块透镜依次平行布置在分束器的前侧，数字微镜器件反射的光束依次经前缩束模块透镜和后缩束模块透镜平行缩束后入射到二向色镜的旁侧。

所述的扫描模块包括前扫描振镜、前光束准直透镜、后光束准直透镜、后扫描振镜、前扫描模块透镜和后扫描模块透镜；前扫描振镜、前光束准直透镜、后光束准直透镜、后扫描振镜、前扫描模块透镜和后扫描模块透镜依次布置在二向色镜的前侧，二向色镜反射的光束依次经前扫描振镜、前光束准直透镜、后光束准直透镜、后扫描振镜、前扫描模块透镜和后扫描模块透镜后入射到显微物镜。

所述的光强探测模块包括光学滤波器、聚焦透镜、空间滤波器和光电倍增管；光学滤波器、聚焦透镜、空间滤波器和光电倍增管依次布置在二向色镜的后侧，实验样品发出的荧光依次经显微物镜、后扫描模块透镜、前扫描模块透镜、后扫描振镜、后光束准直透镜、前光束准直透镜、前扫描振镜、二向色镜、光学滤波器、聚焦透镜和空间滤波器后进入光电倍增管进行光强探测。

本实用新型的有益效果是：