一种结构光芯片及结构光成像系统

本技术属于结构光超分辨成像领域，具体涉及一种结构光芯片及结构光成像系统。

背景技术：

1、结构光超分辨成像技术能够与生物研究应用结合，应用到超分辨核酸测序成像系统、无透镜显微成像系统以及其他有价值的传感技术。然而，相关技术中的结构光超分辨成像系统，其照明和收集光路的器件是整合在一起的，需要级联复杂的光学系统，特别是需要级联高数值孔径的物镜，因此无法使用低数值孔径物镜进行大面积成像，并且，必要的光学图案照明(例如条纹、网格等)的生成通常使用自由空间光学器件完成，自由空间光学器件中带有控制和维护图案方向、相位、偏振状态的组件，因此，所级联出的结构光超分辨成像系统体积较为庞大，制作成本也较高。

技术实现思路

1、鉴于此，本技术的目的在于提供一种结构光芯片及结构光成像系统，以改善现有级联出的结构光超分辨成像系统体积庞大、制作成本高的问题。

2、本技术的实施例是这样实现的：

3、第一方面，本技术实施例提供了一种结构光芯片，包括：分束单元，被配置为对具有相干性的光源进行分束，并输出同一波长的多对相干激发光；干涉条纹产生单元，被配置为分别对所述分束单元输出的每束对相干激发光进行调制处理，产生干涉条纹；透明介质层，设置在所述干涉条纹产生单元的表面，且位于所述干涉条纹所在光路上，所述透明介质层被配置为形成结构光条纹。

4、本技术实施例中，结构光芯片上的分束单元对具有相干性的光源进行分束，并输出同一波长的多对相干激发光，分束单元输出的每对相干激发光引入干涉条纹产生单元，干涉条纹产生单元对输入的激发光进行调制处理，使得每对光束进行干涉，产生干涉条纹，由于高折射率的干涉条纹产生单元与低折射率的透明介质层的界面倏逝场缘故，干涉条纹的部分能量会穿过透明介质层传播到芯片表面，形成结构光条纹照明，芯片表面的待成像物体无需级联复杂的空间结构光照明系统，便可实现片上结构光的激发，进而减小了结构光成像系统的体积并降低了制作成本。

5、结合第一方面实施例的一种可能的实施方式，所述干涉条纹产生单元包括多个波导环路，每个波导环路与所述分束单元输出的一对相干激发光一一对应，且所述多个波导环路的输出端相交于所述干涉条纹产生单元中的相交节点；每个所述波导环路被配置为，对导入自身的一对相干激发光进行调制，得到对应的调制光信号，并将所述调制光信号输出至所述相交节点；其中，汇聚于所述相交节点的多束调制光信号发生干涉，产生所述干涉条纹。

6、本技术实施例中，通过对干涉条纹产生单元中的多个波导环路分别输入一对相干激发光，每个波导环路中产生的调制光信号汇聚于相交节点处发生干涉，通过控制每个波导环路的调制光信号来产生干涉条纹，能够避免级联复杂的光学系统，从而提升产生干涉条纹的效率。

7、结合第一方面实施例的一种可能的实施方式，每个所述波导环路包括：扩束器、合束器、参考光波导以及调制光波导。所述扩束器的输入端与所述分束单元连接，所述扩束器的第一输出端与所述参考光波导的输入端连接、所述扩束器的第二输出端与所述调制光波导的输入端连接，所述合束器的第一输入端与所述参考光波导的输出端连接、所述合束器的第二输入端与所述调制光波导的输出端连接，所述合束器的输出端与所述相交节点连接。所述扩束器被配置为将导入自身的一对相干激发光分为第一入射光信号和第二入射光信号。所述参考光波导被配置为将所述第一入射光信号调制成第一光信号。所述调制光波导被配置为将所述第二入射光信号调制成第二光信号。所述合束器被配置为将所述第一光信号和第二光信号合束，得到调制光信号。其中，所述第一光信号与所述第二光信号在所述合束器中合束，并发生干涉，得到所述调制光信号。

8、本技术实施例中，利用扩束器将入射光信号分束成第一入射光信号与第二入射光信号，将第一入射光信号与第二入射光信号分别输入进参考光波导和调制光波导中，参考光波导与调制光波导分别将第一入射光信号和第二入射光信号调制成具有特定参数的第一光信号与第二光信号，第一光信号与第二光信号进入合束器中发生干涉，得到调制光信号，通过参考光波导与调制光波导对入射光信号进行调制得到调制光信号，能够避免级联复杂的光学系统，从而提升产生调制光信号的效率。

9、结合第一方面实施例的一种可能的实施方式，所述参考光波导以及所述调制光波导均包含光调制单元，所述光调制单元被配置为对波导内部传输的光信号进行调制。

10、本技术实施例中，通过利用内置于参考光波导以及调制光波导中的光调制单元对第一入射光信号和第二入射光信号进行调制，能够避免级联复杂的光学系统，从而提升得到第一光信号和第二光信号的效率。

11、结合第一方面实施例的一种可能的实施方式，所述多个波导环路之间的相对角度与所述干涉条纹相关。

12、本技术实施例中，通过调整多个波导环路之间的相对角度，能够改变干涉条纹的形状，进而满足结构光芯片产生不同形式的结构光图案，以提升结构光成像效率。

13、结合第一方面实施例的一种可能的实施方式，每个所述波导环路中参考光波导与调制光波导之间的温度差与其生成的调制光信号相关，所述干涉条纹与每路波导环路输出的调制光信号相关。

14、本技术实施例中，通过对每个波导环路中参考光波导和调制光波导进行不同温度的调制，能够得到不同的调制光信号，每路波导环路通过对环路中的参考光波导和调制光波导进行热调控，控制第一入射光信号在参考光波导以及第二入射光信号在调制光波导中的传输温度，使得每路波导环路能够输出不同的调制光，通过控制每个波导环路能够输出不同的调制光，进而可以在无需级联复杂的光学系统的情况下，提升改变相交节点处产生的干涉条纹图案的效率。

15、结合第一方面实施例的一种可能的实施方式，每个所述波导环路中的参考光波导与调制光波导之间的光程差与其生成的所述调制光信号相关，所述干涉条纹与每路波导环路输出的所述调制光信号相关。

16、本技术实施例中，通过设置每个波导环路中的参考光波导与调制光波导具有不同的光程，使得每路波导环路能够输出不同的调制光信号，通过控制每个波导环路能够输出不同的调制光信号，进而可以在无需级联复杂的光学系统的情况下，提升改变相交节点处产生的干涉条纹图案的效率。

17、结合第一方面实施例的一种可能的实施方式，每个所述波导环路中的参考光波导与调制光波导之间偏振态和/或传输模式的差异与所述干涉条纹的形貌相关。

18、本技术实施例中，通过设置每个所述波导环路中的参考光波导与调制光波导的偏振态/传输模式之间的差异，使得每路波导环路能够输出不同的调制光信号，通过控制每个波导环路能够输出不同的调制光信号，进而可以在无需级联复杂的光学系统的情况下，提升改变相交节点处产生的干涉条纹图案的效率。

19、结合第一方面实施例的一种可能的实施方式，所述分束单元包含光栅器件以及耦合器，所述光栅器件的输入端与所述外部光源连接，所述光栅器件的输出端与所述分束单元中的耦合器连接；所述耦合器的输出端与所述条纹产生单元中的每路波导环路单元的输入端一一对应；所述光栅单元，被配置为接收外部光源中具有相干性的光源；所述耦合器，被配置为对经过自身的光源进行分束处理，得到所述多对相干激发光，并将所述多对相干激发光分别输出至所述条纹产生单元中的每路波导环路单元的输入端。

20、本技术实施例中，通过分束单元中的光栅器件对外部光源中具有特定波长的光信号进行布拉格衍射，经过布拉格衍射的光信号得到增强，得到具有相干性的光源，具有相干性的光源再传输至分束单元中的耦合器中，耦合器对具有相干性的光源进行分束处理，得到具有同一波长的多对相干激发光，并将多对相干激发光输出到干涉条纹产生单元中的每路波导环路单元的输入端中，能够提升从外部光源中选取具有特定波长的入射光信号的效率，进而使得能够更高效地产生结构光。

21、结合第一方面实施例的一种可能的实施方式，所述干涉条纹产生单元的折射率大于所述第一设定阈值，所述透明介质层的折射率小于第二设定阈值，所述第一设定阈值大于所述第二设定阈值。

22、本技术实施例中，多个波导环路是由折射率高的材料制成，透明介质层覆盖于多个波导环路之上。干涉条纹产生单元的相交节点处产生干涉条纹从折射率高的介质中传输至折射率低的介质中的情况下，有利于提升结构光的激发效率。

23、第二方面，本技术实施例提供了一种结构光成像系统，包括：如第一方面所述的结构光芯片；采集装置，被配置为采集放置于所述结构光芯片的照明对象在结构光照射下的成像。

24、本技术的其他特征和优点将在随后的说明书阐述。本技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。