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原文传递非对称性艾里光的全光学光声成像系统

专利名称：	非对称性艾里光的全光学光声成像系统
摘要：	本发明提出了一种非对称性艾里光的全光学光声成像系统，包括脉冲激光器、光束整形装置、信号探测装置、信号采集处理装置和运动控制装置；所述的脉冲激光器、光束整形装置、信号探测装置和信号采集处理装置依次连接；脉冲激光器与信号采集处理装置相连接；所述的光束整形装置包括空间滤波部件、相位调制部件、偏振控制部件和中继光路；空间滤波部件、偏振控制部件、相位调制部件和中继光路依次连接。本发明首次提出非对称性艾里光全光学光声显微成像系统，首次将具有无衍射和自愈合特性的艾里光作为光声成像的激发光源，从而扩展了光声显微成像系统的成像景深，从提高了系统的成像质量。
专利类型：	发明专利
申请人：	深圳湾实验室;北京大学
发明人：	任秋实;胡毅成;冯豫韬;黄智宇
专利状态：	有效
申请日期：	2023-10-19T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-21T00:00:00+0800
申请号：	CN202311353313.0
公开号：	CN117092033A
代理机构：	重庆天成卓越专利代理事务所(普通合伙)
代理人：	王宏松
分类号：	G01N21/17;G01N21/01;G;G01;G01N;G01N21;G01N21/17;G01N21/01
申请人地址：	518107 广东省深圳市光明区玉塘街道田寮社区光侨路高科创新中心一层102、二层202、三层304;
主权项：	1.一种非对称性艾里光的全光学光声成像系统，其特征在于，包括脉冲激光器、光束整形装置、信号探测装置、信号采集处理装置和运动控制装置；所述的脉冲激光器、光束整形装置、信号探测装置和信号采集处理装置依次连接；脉冲激光器与信号采集处理装置相连接；所述的光束整形装置包括空间滤波部件、相位调制部件、偏振控制部件和中继光路；空间滤波部件、偏振控制部件、相位调制部件和中继光路依次连接。 2.根据权利要求1所述的非对称性艾里光的全光学光声成像系统，其特征在于，所述的空间滤波部件包括透镜a、透镜b和小孔a；透镜a、小孔a和透镜b依次连接；所述的偏振控制部件包括起偏器、半波片和检偏器；起偏器、半波片和检偏器依次连接；所述的信号采集处理装置包括数据采集卡和数据处理模块；数据采集卡的数据输出端与数据处理模块的数据输入端相连；运动控制装置包括电动十字滑台、升降位移台和运动控制卡；运动控制卡的十字滑台控制端与电动十字滑台的控制端相连；运动控制卡的位移台控制端与升降位移台的控制端相连；升降位移台设置在电动十字滑台下方；电动十字滑台用来配合信号采集处理装置实现逐点采集；升降位移台用来调节实验样品的高度位置，使样品位于物镜的焦区位置。 3.根据权利要求1所述的非对称性艾里光的全光学光声成像系统，其特征在于，所述的相位调制部件包括相位型空间光调制器，相位型空间光调制器用于给入射的高斯光束加载一个立方相位因子；光阑被安装在空间光调制器之前，光阑用于选择透射光束的直径。 4.根据权利要求1所述的非对称性艾里光的全光学光声成像系统，其特征在于，还包括将具有自加速特征的艾里光束对称摆放，即可得到一种具有自聚焦特性的艾里光束。 5.根据权利要求3所述的非对称性艾里光的全光学光声成像系统，其特征在于，还包括利用多个有衰减的二维艾里光束拼接而成的具有自聚焦功能的复合光场，作为光声信号的激发源。 6.根据权利要求3所述的非对称性艾里光的全光学光声成像系统，其特征在于，通过给空间光调制器加载不同的相位因子，实现物镜将激发光束聚焦在被测物的不同深度位置，从而实现大景深、焦点可调的光声成像系统。 7.根据权利要求1所述的非对称性艾里光的全光学光声成像系统，其特征在于，所述的中继光路包括透镜c、透镜d和小孔b；透镜c、透镜d和小孔b依次连接；所述的信号探测装置包括超声换能器和电子放大器；超声换能器的信号输出端与电子放大器的信号输入端相连；所述超声换能器用于探测样品经艾里光束激发出的光声信号；电子放大器用于放大光声信号。 8.根据权利要求1所述的非对称性艾里光的全光学光声成像系统，其特征在于，还包括时域OCT成像模块，时域OCT成像模块包括二项色镜、OCT光源、环形器、第一光纤耦合器、参考臂、第二光纤耦合器、光电平衡探测器、偏振控制器、光纤准直器； OCT光源发出的光束经过光纤传输至环形器的第一端口，然后从环形器的第二端口传输至第一光纤耦合器的第一端口，光束从第一光纤耦合器的第二端口进入参考臂，光束从第一光纤耦合器的第三端口进入样品臂，即通过光纤连接至光纤准直器，光纤准直器出射的光束经过二项色镜后，与用于光声成像的光束合为同轴光束，经过物镜聚焦在样品上；样品将OCT光源的光返回，依次经过物镜、二项色镜、光纤准直器、偏振控制器，然后进入第一光纤耦合器的第三端口，此时，来自样品臂的返回光与来自参考臂的返回光在第一光纤耦合器中发生干涉，干涉信号一分为二，第一路经过第一光纤耦合器的第四端口传输到第二光纤耦合器中，第二路经过第一光纤耦合器的第一端口传输到环形器的第二端口，经过环形器的第三端口传输到第二光纤耦合器，第二光纤耦合器将光分束后传至光电平衡探测器，光电平衡探测器将干涉信号转换为OCT信号S0被数据采集卡进行数据的采集；通过对所述的OCT信号S0进行数据解析，就可以得到被测物的光声信号，进而实现光声成像。 9.根据权利要求3～8之一所述的非对称性艾里光的全光学光声成像系统，其特征在于，时域OCT成像模块将成像光束聚焦在样品上表面，此光束是高斯光束；光声信号的激发源将激发光束聚焦在样品内部，此光束是艾里光束；成像光束入射在物镜时，光束直径大于物镜通光口径的80%；激发光束入射在物镜时，光束直径小于物镜通光口径的40%。 10.根据权利要求1所述的非对称性艾里光的全光学光声成像系统，其特征在于，对光声成像系统包括以下操作步骤： S1，为了使系统的能量利用率最高，需要先按照如下步骤调试光路：调整起偏器，使其出射光强最大时对应的位置为起偏器的最佳透光方向；调整检偏器，通过给空间光调制器加载闪耀光栅相位，旋转检偏器观察一级衍射光的强度，选择一级衍射光强最大时对应的位置为检偏器的最佳透光方向；调整半波片，即通过旋转半波片观察检偏器输出光的强弱，选择出射光强最大时对应的位置半波片的最佳透光方向； S2，使从脉冲激光器出射的光束，依次通过透镜a、小孔a、透镜b、加载立方相位因子的空间光调制器、透镜c、小孔b、透镜d、物镜，最后以艾里光束的形式在物镜后方聚焦； S3，将待测试的生物样品置于二维滑台上，旋转下方的升降台去实现调焦，通过实时观察定点采集到的光声信号图像去判断样品是否位于物镜的焦点上； S4，根据选好的成像区域，设置合适的扫描布距和扫描步数参数，运行采集程序，实现二维方向上的逐点激发与采集，每运动至一个点，进行一次A扫信号的采集； S5，对所采集到的所有数据进行合适的滤波处理，即可重建出三维的光声图像，或者利用最大值投影算法，得到X-Y方向的二维图，或者对感兴趣的部位进行X-Z方向的深度成像。
所属类别：	发明专利