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原文传递一种基于Fizeau干涉原理的弱相干层析成像系统和方法

专利名称：	一种基于Fizeau干涉原理的弱相干层析成像系统和方法
摘要：	本发明涉及一种基于Fizeau干涉原理的弱相干层析成像系统和方法，属于生物医学成像和光学检测技术领域。该系统包括照明臂、样品臂、探测臂和信息处理单元；照明臂用于将弱相干光准直照射样品；样品臂用于将照明光束中继到样品表面和内部，其前端含有保护窗口，保护窗返回的参考光束将和像面返回的采样光束在探测器表面发生干涉；探测臂接收弱相位干涉信号并进行处理，提取样品信息，探测器表面形成干涉图案；信息处理单元将参考光束和采样光束形成的干涉图案进行分析解算出样品的光学属性信息。本发明可隔离振动影响，降低环境约束条件，克服现有相干层析系统由于微米级振动失效的难题，在普通应用场景下实现无损穿透浑浊介质成像和探测。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	重庆;50
申请人：	中国科学院重庆绿色智能技术研究院
发明人：	王金玉;汪岳峰;尹韶云;杜凯;李刚;熊亮
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-30T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-23T00:00:00+0800
申请号：	CN201910364275.6
公开号：	CN110044848A
代理机构：	北京同恒源知识产权代理有限公司
代理人：	赵荣之
分类号：	G01N21/45(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	400714 重庆市北碚区方正大道266号
主权项：	1.一种基于Fizeau干涉原理的弱相干层析成像系统，其特征在于：该系统包括照明臂(100)、样品臂(600)和探测臂(700)；所述照明臂(100)，用于将弱相干光准直照射样品；所述样品臂(600)，用于将照明光束中继到样品表面和内部，其前端含有保护窗口，保护窗返回的参考光束将和像面返回的采样光束在探测器表面发生干涉；所述探测臂(700)，接收弱相位干涉信号，并进行处理，提取样品信息，探测器表面形成干涉图案。 2.根据权利要求1所述的基于Fizeau干涉原理的弱相干层析成像系统，其特征在于，所述成像系统还包括信息处理单元(800)，将参考光束和采样光束形成的干涉图案进行分析解算出样品的光学属性信息；样品信号采用相位移动算法由干涉图案解算；信息处理单元(800)的处理方法为：探测器输出图像至计算机，由计算机阶段后获得样品灰度分布、高低和方位角、运动速度，同时由计算机根据需要下发指令进入同步控制板，再由同步控制板分发探测器触发信号和振动控制信号，从而在指定时间获得特定光程差的干涉图像。 3.根据权利要求1所述的基于Fizeau干涉原理的弱相干层析成像系统，其特征在于，所述照明臂(100)包括光源组件(200)和法布里-珀罗干涉腔分束合束器(300)；所述光源组件(200)包括时域弱相干光源(201)、准直镜(202)和扩束镜组(203)，用于对时域弱相干光源发出的光束进行准直扩束。 4.根据权利要求3所述的基于Fizeau干涉原理的弱相干层析成像系统，其特征在于，所述法布里-珀罗干涉腔分束合束器(300)的一种结构由FP腔(310)和机械振荡元件(380)组成，所述FP腔(310)由半反半透镜(311)和半反半透镜(312)组成；所述半反半透镜(311)和半反半透镜(312)严格平行且中间间距小于所述时域弱相干光源(201)的相干长度，机械振荡元件(380)与半反半透镜(311)相连；光束经过半反半透镜(311)和半反半透镜(312)的首次透射，产生采样光束(301)，经过半反半透镜(311)首次透射和半反半透镜(312)二次透射产生参考光束(302)，机械振荡元件(380)驱动半反半透镜(311)使采样光束(301)和参考光束(302)产生特定的光程差。 5.根据权利要求3所述的基于Fizeau干涉原理的弱相干层析成像系统，其特征在于，所述法布里-珀罗干涉腔分束合束器(300)的另一种结构由分光棱镜(331、332)、分光镜(333、334)和机械振荡元件(380)组成；所述压电陶瓷(320)和所述分光棱镜(331)连在一起，由机械振荡元件(380)驱动分光棱镜(331)来改变采样光束(301)和参考光束(302)的光程差；光束经过分光棱镜(331)后分成采样光束(301)和参考光束(302)，透射进入分光棱镜(332)并透射出的光束为采样光束(301)，经过分光棱镜(331)反射进入分光镜(333)和分光镜(334)后由分光棱镜(332)反射的光束为参考光束(302)。 6.根据权利要求3所述的基于Fizeau干涉原理的弱相干层析成像系统，其特征在于，所述法布里-珀罗干涉腔分束合束器(300)的第三种结构由两个光纤耦合器(340、350)组成，光束输入通过耦合器输入端(341)进入光纤耦合器(340)，分解为两束光，其中一束为参考光束(302)，经过耦合端(342)进入耦合两个耦合器之间的空间距离，并利用机械振荡元件(380)驱动光纤耦合器(350)振荡，产生调制光程差；另一束作为采样光束(301)直接经过耦合端(343)进入光纤耦合器(350)，两束光经过耦合器(350)再次合束经耦合端(351)输出照射系统。 7.根据权利要求1所述的基于Fizeau干涉原理的弱相干层析成像系统，其特征在于，所述探测臂(700)由成像透镜(701)、探测器(710)和迈克尔逊干涉结构组成；经过样品内部成像面(612)的采样光束和参考光束，进入分光镜(720)、镜面(730)和镜面(740)构成的迈克尔逊干涉结构，获得两束参考光束和两束采样光束，以分光镜(720)再次合束后，其中一束采样光束(301)和一束参考光束(302)在光源相干长度精度内等光程，经过成像透镜(701)，在探测器(710)表面发生干涉，形式干涉图像。 8.根据权利要求1所述的基于Fizeau干涉原理的弱相干层析成像系统，其特征在于，样品臂(600)由三维位移载物台(602)、样品(610)、样品内部成像面(612)和显微物镜(601)构成；所述样品内部成像面(612)位于所述显微物镜(601)的焦面。 9.根据权利要求1或7所述的基于Fizeau干涉原理的弱相干层析成像系统，其特征在于，所述探测器(710)为单元、四象限、双四象限、线阵或面阵探测器。 10.根据权利要求1或3所述的基于Fizeau干涉原理的弱相干层析成像系统，其特征在于，所述时域弱相干光源(201)为连续或脉冲激光、LED。
所属类别：	发明专利