并进行焦点成像，在整个像差校正过程中，我们通过自己编的程序AO-1maging来同步控制SLM和(XD (具体地，可以在MATLAB中同时调用CCD的控制模块和SLM的控制模块，且保持频率一致即刻实现)，然后将采集的焦点图像，进行强度统计，再经过傅里叶变换处理，最后找到SLM液晶面上9个区域在相干加强时的最佳相位角，即我们进行像差校正时需要预补偿的相位。
[0038]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清晰明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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用以解释本实用新型，并不用限于本实用新型。
[0039]如图1所示，为本实用新型实施例提供的相干自适应光学像差校正系统的结构光路图。整个光路包括633nm激光器、光强衰减器NDF、半波片、透镜组合(L3和L4)、反光镜、空间光调制器、透镜组合(L5和L6)、激光聚焦物镜L2、信号采集物镜L1、聚焦透镜L7、成像设备(XD以及电脑。在本光路中，首先激光器产生633nm的激光后，经过NDF衰减至合适的强度(即最亮点的灰度不超过255)，再经过半波片调整激光的偏振方向，确保其偏振方向与液晶面的长度方向一致，这样SLM才会对激光的灰度调制能力达到最大，激光经过半波片后，为了保证激光的光斑能最大限度的利用SLM的液晶面，需要利用一对透镜组合(L3和L4)来放大激光的光束，使光斑的直径与SLM液晶面的宽度保持一致，放大后的激光光束通过反射镜来控制SLM液晶面与入射光的入射角，一般情况下，入射光的入射角为3° -9°，保持在6°左右为最佳，而这个系统的重点为SLM液晶面的设置和控制，这个我们将做后面重点介绍。激光光束经过SLM液晶面反射后，再通过一组透镜组合(L5和L6)来调整激光光束的大小，确保经过调整后的激光光束大小刚好充满物镜L2的光瞳，这样才能充分利用物镜的性能，经过物镜聚焦后的光斑经过散射样品散射后被样品后方的物镜L1收集，然后再通过透镜L7聚焦后，由(XD采集成像。
[0040]在本实用新型中最重要也是最核心的思想是怎样利用SLM实现相干自适应光学(COAT)像差校正，其基本思想如图2所示，一束激光经过分光镜后，一部分直接透射，另一部分反射，透射的光作为参考光源直接经过凹透镜后发散出射，而反射的光则经过相位调制(Φ)后再经过凹透镜发散出射，两束光源于同一激光器，因此为相干光，当两束平行光经过发散后在空间某一点相交(如图2中的a点，该点的光强由于相干效应受到调制相位Φ的影响，可以产生相干加强或相干减弱，因此可以通过调制相位来控制a点的光强大小，可以用如下公式表示。
[0041 ] I (t) = | E (t) 12= E J+EZ+SEAcos (ω 彳+θ「Θ 2)
[0042]式中即为调制相位角Φ，θ Θ 2为相干光束的初始相位角。同理在本系统中我们可以将SLM的液晶面分成两部分，一部分灰阶设置为零，另一部分灰阶随时间变化可调，因此经过SLM的激光光束则会一部分被反射，另一边则会经过相位调制后再反射，而系统中的样品为散射介质，因此对两部分光的作用相当于图2中的凹透镜，两部分光进入介质后都会发散，并存在相干点，通过SLM对液晶面灰阶的调制，可以实现相干点的相干加强和相干减弱。散射后的光斑经过物镜收集后，通过高灵敏CCD采集校正后的光斑，并实时统计光斑的强度，采集多张图片，再通过傅里叶变换分析图片的强度信息，就可以直接找出SLM中所施加的调制频率和相位角。
[0043]为了能让COAT像差校正能力更强，效果更明显，我们可以将SLM的液晶面分成多块区域进行验证。如图3所示，空间光调制器液晶面相位加载分区示意图，我们将SLM分成如图所示的9块区域，分别给每块区域赋值不同的频率，同时通过高灵敏CCD采集图像，记录图像强度信息，然后统计强度，通过傅里叶变换找出各块区域的频率和相位角。在这个实验中我们采取交叉赋值调制频率的办法，来提高COAT像差校正效果。首先我们给灰色区域赋值5个不同的频率(ω?、ω2、ω3、ω4和ω 5)，随时间变化，采集图像500副(如图4a所示)，统计强度(如图4b所示)，通过傅里叶变换找到各个区域的频率值(如图4c所示)，然后根据频率值，找到各个区域最佳的相位角(Φ1、Φ2、Φ3、Φ4和Φ5)，如图4d所示。接着，保持图3中已获得灰色区域的最佳相位角不变，给其他四块白色区域赋值不同的频率(ω6、ω7、ω8和ω9)，随时间变化，采集图像500副(如图5a所示)，统计强度，通过傅里叶变换找到各自的最佳相位角(Φ6、Φ7、Φ8和Φ9)。则此时九个区域的各自相位角都已找到，即为SLM在COAT像差校正后提供的最佳相位分布。从图4a的点阵图中我们可以看到，光束经过散射介质后光斑出现非常明显的变弱变大的现象，当ω?、ω2、ω3、ω 4和ω 5随时间变化时，光斑强度出现有规律的周期变化，如图4b所示，通过傅里叶变换分别找到频率ω 1、ω2、ω3、ω4、ω 5，然后通过频率找到各种对应的相位角Φ1、Φ2、Φ3、Φ4、Φ5(如图4d所示)，图5a是保持相位角Φ1、Φ2、Φ3、Φ4、Φ5不变，用相同的方法找Φ6、Φ7、Φ8和Φ9得到的点阵图，从图5a中我们可以看到整体的光斑质量要优于图4a，且出现周期性的变化，这主要是因为Φ1、Φ2、Φ3、Φ4和Φ5已经找到最佳校正相位，并对整个光斑有一定的校正作用，当ω6、ω7、ω8和ω 9随时间周期调制，通过傅里叶变换将Φ6、Φ7、Φ8和Φ9最佳相位角找到后，整个SLM液晶面的最佳相位分布已经完成。最后得到像差校正后的光斑点阵图，如图5b所示。对比图4a，图5b的点阵图的聚焦效果很好，基本接近没有发生散射的点阵图。
[0044]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种相干自适应光学像差校正系统，其特征在于，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角度。2.如权利要求1所述的相干自适应光学像差校正系统，其特征在于，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°。3.如权利要求2所述的相干自适应光学像差校正系统，其特征在于，所述夹角为6°。4.如权利要求1所述的相干自适应光学像差校正系统，其特征在于，所述空间光调制器的液晶层中液晶分子为平行排列，其排列方向与所述空间光调制器的液晶面板长边的方向一致。5.如权利要求4所述的相干自适应光学像差校正系统，其特征在于，所述空间光调制器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。6.如权利要求1所述的相干自适应光学像差校正系统，其特征在于，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的液晶面板的窄边尺寸。7.如权利要求6所述的相干自适应光学像差校正系统，其特征在于，经过扩束镜前、后的光束满足如下关系r0*f4 = rl*f3 ;rO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为所述空间光调制器的液晶面板的窄边尺寸。8.如权利要求1所述的相干自适应光学像差校正系统，其特征在于，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。9.如权利要求1所述的相干自适应光学像差校正系统，其特征在于，所述激光光源产生波长为633nm的激光。
【专利摘要】本实用新型公开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，依次设置在反光镜的入射光路上的中性光密度滤光片、半波片和扩束镜，空间光调制器，反光镜的反射光作为空间光调制器的入射光，通过反光镜控制空间光调制器的入射光与其反射光之间的角度。本实用新型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，非常适用于活体样品的深层像差校正成像。
【IPC分类】G02B27/00
【公开号】CN205003358
【申请号】CN201520772581
【发明人】屈军乐, 田蜜, 严伟, 邵永红, 叶彤
【申请人】深圳大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年9月30日