[发明专利]基于光学自旋霍尔效应以及古斯-汉森效应的微分相衬方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于光学自旋霍尔效应以及古斯‑汉森效应的微分相衬方法及系统。本发明以相干光或部分相干光为载体，利用不同介质间平面界面上的光学自旋霍尔效应以及古斯‑汉森效应，通过对入射光场偏振态以及在消光条件下对应的出射偏振态的选择，可获得沿不同方向的微分场的强度分布。略微改变出射偏振态的选择即可在微分场中加入正或负的直流偏置，此时标本图像的结构呈现出正或负的立体浮雕形象。分别获取两个不同方向的微分以及偏置强度分布并进行算法重构，可以准确获得入射的相位场。本发明提供了一种定量检测标本图像光学厚度分布的方法，在医学领域例如侦测未染色细胞的结构及运动方面有着重要应用。

技术领域

本发明涉及光学信息处理领域，具体是一种基于光学自旋霍尔效应以及古斯-汉森效应的微分相衬方法及系统。

背景技术

相位在光束中有着非常重要的意义，在解释光学衍射、干涉的现象中发挥着重要的作用。光的相位不能被直接测量，大多数仪器测到的是光的强度。在医学领域，微分相衬显微镜广泛用于对未染色细胞的结构和运动的探测，它不仅能观察无色透明的物体，而且图像呈现出浮雕状的立体感，具有相衬镜检术所不能达到的某些优点，观察效果更为逼真。

近年来，由于各个领域对光学器材的要求逐步提升，对微分相衬显微镜的研究也越来越广泛，但现有的微分相衬显微镜设计较为复杂，或利用高成本的仪器设备，或在操作上需要极其繁琐的步骤，因此，提出一种低成本易普及的相衬显微镜不论是在科学研究还是市场应用上都具有十分重大的价值和意义。

传统微分相衬显微镜(DIC)由Nomarski在相差显微镜原理的基础上发明，对比相差显微镜，优点是能显示结构的三维立体投影影像。与相差显微镜相比，其标本可略厚一点，折射率差别更大，故影像的立体感更强。DIC利用的是偏振光，DIC棱镜将一束光分解成偏振方向不同的两束光，二者成一小夹角，在穿过标本相邻的区域后，由于标本的厚度和折射率不同，引起了两束光发生了光程差。再利用DIC滑行器把两束光波合并成一束，利用偏振装置，从而使二者发生干涉。当两束光光程差值为0时，穿过的光达到最大值；光程差值等于波长一半时，没有光穿过检偏器。于是在灰色的背景上，标本结构呈现出亮暗差。通过调节DIC滑行器的纵行微调来改变光程差，光程差可改变影像的亮度。调节DIC滑行器可使标本的细微结构呈现出正或负的投影形象。但DIC具有成本高、结构复杂、不能观测双折射样品以及观测到的相位场不真实等问题，在一些应用上具有很大的局限性。

发明内容