一种相干自适应光学像差校正系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光学显微成像技术领域，更具体地，涉及一种相干自适应光学像差校 正系统。
【背景技术】
[0002] 我们知道，在对生物细胞进行活体成像时，常常由于生物样品表面的不平整性和 样品内部折射率分布不均匀性，使系统引入了较大的像差，最终导致获得的图片质量较差。 目前，已有的像差校正方法为自适应光学像差校正，这是一种传统的像差校正方法，它需要 在生物样品中植入参考光源（一般为荧光珠等荧光材料），这样对生物样品有较大的伤害， 且限制了该方法在活体成像上的应用。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种相干自适应光学像差校正系统，其目的 在于通过调控两束相干光中某一束光的相位，来实现对两束光的相干加强和相干减弱的操 控，从而实现了显微系统的像差校正；旨在解决深层组织细胞活体成像质量差的技术问题。
[0004] 本发明提供了一种相干自适应光学像差校正系统，包括：激光光源，反光镜M，依 次设置在所述激光光源与所述反光镜之间且位于所述反光镜的入射光路上的用于控制激 光光强的中性光密度滤光片、用于控制激光的偏振方向的半波片和用于调整激光光束直径 的扩束镜，空间光调制器，依次设置在所述空间光调制器的反射光路上的用于调整反射光 束直径的透镜组、对调整后的激光进行聚焦后用于激发样品的第二物镜L2、用于收集样品 发出的信号光的第一物镜L1、用于对第一物镜L1收集的信号光进行聚焦的透镜L7和用于 采集聚焦后的信号光并进行实时成像的CCD，以及用于控制所述空间光调制器和所述CCD 并确保空间光调制器灰度图加载更新速率与所述CCD的采集速率同步的控制模块；所述反 光镜的反射光作为所述空间光调制器的入射光，通过所述反光镜控制所述空间光调制器的 入射光与其反射光之间的夹角。
[0005] 更进一步地，所述空间光调制器的入射光与其平面法线方向之间的夹角为3°~ 9° 〇
[0006] 更进一步地，所述夹角优选为6°。
[0007] 更进一步地，所述空间光调制器的液晶层中液晶分子为平行排列，其排列方向与 空间光调制器的液晶面板长边的方向一致。
[0008] 更进一步地，所述空间光调制器SLM的入射光的偏振方向与所述空间光调制器的 液晶面板长边的方向一致。
[0009] 更进一步地，所述扩束镜包括依次设置的第一透镜L3和第二透镜L4 ;经过所述扩 束镜扩束后的光束的直径等于所述空间光调制器的液晶面板的窄边尺寸。
[0010] 更进一步地，经过扩束镜前、后的光束满足如下关系r0*f4 =rl*f3 ;r0为扩束前 光束的光斑半径，rl为扩束后光束的光斑半径，f3为所述第一透镜的焦距，f4为所述第二 透镜的焦距，2rl为空间光调制器的液晶面板的窄边尺寸。
[0011] 更进一步地，所述透镜组包括依次设置的第三透镜L5和第四透镜L6,依次经过所 述第三透镜L5和第四透镜L6后的光束的直径等于所述第二物镜L2的光瞳直径。
[0012] 更进一步地，所述激光光源产生波长为633nm的激光。
[0013] 本发明通过调控两束相干光中某一束光的相位，来实现对两束光的相干加强和相 干减弱的操控，从而实现了显微系统的像差校正；无需在样品中植入参考光源，且像差校正 的速度快，因此非常适合用于活体样品的深层像差校正成像。
【附图说明】
[0014] 图1是本发明实施例提供的相干自适应光学像差校正系统的光路结构图；
[0015] 图2是模拟在自由空间中参考光与调制光之间的相干示意图；
[0016] 图3是空间光调制器相位加载分区示意图；
[0017]图4中（a)为第一次像差校正过程中采集的点阵图，（b)为通过点阵图得到的光 斑强度随时间的变化曲线图，（c)为经过傅里叶变换后得到的强度频域图，（d)为相位频域 图；
[0018] 图5中（a)是第二次进行像差校正过程中产生的点阵图，（b)为最后校正完成的 点阵图。
【具体实施方式】
[0019] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0020] 本发明提供了一种相干自适应光学像差校正的方法和系统，旨在解决深层组织细 胞活体成像像差的问题。尤其适用于深层生物细胞的活体显微成像。
[0021] 本发明实施例提供了一种相干自适应光学像差校正系统，包括：
[0022] 激光光源，用于产生激光，激光波长为633nm;
[0023] 中性光密度滤光片（Neutraldensityfilter，NDF)，用于接收所述激光并控制所 述激光的光强；具体地，可以通过旋转滤波片来控制激光的光强，滤波片可以为圆轮状的， 通过旋转轮子就可以控制光的强度。
[0024] 半波片，用于控制光的偏振方向；半波片即二分之一玻片，二分之一玻片可以是圆 盘状的，刻度是0-360°，控制的最好方法是通过缓慢转动二分之一玻片在CCD上得到最强 的光斑时，此时的二分之一玻片的角度为最佳角度。
[0025]透镜组合（L3和L4)，用于扩束，使激光光束的直径大小刚好能与空间光调制器 (Spatiallightmodulator，SLM)的液晶面窄边的尺寸大小一致；若初始的光斑半径为rO， 扩束后光斑的半径为rl，两个透镜的焦距分别为f3、f4.他们之间满足r0*f4 =rl*f3的 关系式。其中2*rl即为SLM的窄边尺寸。其中，SLM的液晶面板的所有尺寸均是已知的。
[0026] 反光镜（M)，用于控制空间光调制器SLM的入射光和反射光之间的夹角，确保两束 光之间的夹角在12°，这样可以最大限度提高液晶面的反射效率，降低光的损耗。
[0027]空间光调制器（SLM)，用于产生我们需要的灰度图，来实现对光的相干性进行调 控。
[0028] 透镜组合（L5和L6)，用于调整经过SLM反射后光束的直径大小，确保经过调整后 的光束大小刚好能覆盖第二物镜（L2)的光瞳（其中，光瞳的大小是固定已知的，通过前面 的换算公式就可以知道L5,L6用多大的焦距比较合适），这样可以最大限度地发挥物镜的 性能。
[0029] 第一物镜（L1)，用于收集样品发出的信号光；
[0030] 第二物镜（L2)，对调整后的激光进行聚焦后激发样品；
[0031] 透镜（L7)，用于对第一物镜（L1)收集的信号光进行聚焦；
[0032] CCD，采集聚焦后的信号光，并进行实时成像；
[0033] 控制模块，用于控制空间光调制器SLM和CCD，确保空间光调制器灰度图加载更新 速率与C⑶的采集速率同步。具体地，可以通过MATLAB软件实现，MATLAB中有控制SLM和 CCD的模块，在编写程序时直接调用就可以。
[0034] 本发明实施例，首先依次对SLM相位调制度进行测量、伽马校正和液晶面分区，影 响SLM调制特性的主要因素包括：波长、入射光的偏振态以及入射角。同样的灰度信号，波 长越短，SLM引起的相位延迟越大。本发明实施例所用的液晶层中液晶分子为平行排列，排 列方向与SLM面板长边的方向一致，实际应用中为了获得最大的相位调整度，应该调整入 射光的偏振方向与长边方向一致。
[0035] 此外，在使用中应该保持入射光束以尽可能小的入射角（入射角最佳为6度）入 射SLM液晶面，原则上入射光束与SLM平面法线方向的夹角应该控制在6°以内。伽马校 正，主要是对SLM的调整特性进行优化，优化的目的是使SLM产生良好的纯相位调制，使相 位调制度随256 (0~255)灰阶度信号线性地从0变到2π。
[0036] 伽马校正完成后，需要确认SLM液晶面的分区方式，本发明实施例中将SLM的液晶 面分成3X3的9个区域，每个区域都赋值一个频率（ωJ，然后让这9个区域的相位随时间 周期性变化。由于这九个区域将入射的光束分成9束，每一束都会与其它的8束形成相干， 因此随着时间的变化，相干减弱和相关加强也成周期性变化。
[0037] 本发明实施例中，在进行相干自适应光学像差校正时，点亮激光器，调节NDF使激 光强度降到满足我们要求的范围内（CCD采集的所有光斑都不要溢出为准，最亮的地方灰 度值为255即可），旋转半波片的角度使激光的偏振方向与液晶面的长边平行（旋转二分之 一玻片，在CCD上得到光斑强度最强的时候，就是玻片调到最佳的时候，因为SLM在光路中 位置是固定的，因此只用调二分之一玻片即可。），接着调节透镜组（L3和L4)使激光的光 束放大变粗，将激光光束放大到使其直径与液晶面的宽边一致即可，放大后的光束经过SLM 的液晶面的调整和反射后，经过透镜组合（L5和L6)的调整，使光束的大小调整到与物镜 (L2)的光瞳大小相当为佳，在物镜（L2)的焦面上放置一块散射性强的透明样品（厚度约为 100ym)，经过物镜（L1)聚焦后的光斑经过样品后会发生散射，然后用物镜（L1)来收集散 射后的光，在物镜（L1)的后面再加一块透镜L7,对物镜（L1)收集的散射光进行