[发明专利]自适应光学聚焦干涉补偿方法与系统

说明书

本发明公开了一种自适应光学聚焦干涉补偿方法与系统。本发明先通过在样品内激发出的荧光被光电倍增管接收，记此时聚焦中心光强为阈值；将数字微镜器件置于物镜后瞳面的共轭面上，并对其分区，每个分区依次将该区入射光束反射到旁侧光路，使其相位补偿之后回到正侧光路，同时保持其他分区光束不变；光电倍增管记录分区光束相位改变后的聚焦中心光强；标记光强大于等于阈值的分区，获得补偿分区；数字微镜器件加载补偿分区后光束再次聚焦，在样品内形成中心光强更强的光斑。本发明从光学干涉原理出发，能够快速改善散射介质内部聚焦光斑的质量，为光遗传学与活体深层高分辨率光学显微成像技术提供了新思路。

技术领域

本发明属于光遗传学与光学显微成像领域，特别涉及了一种自适应光学聚焦干涉补偿方法与系统，并应用于新一代非侵入性光遗传学光刺激与活体深穿透光学显微成像。

背景技术

在生物医学光学领域，光学散射是制约光学成像质量的主要因素。多数深部组织成像的光学技术(例如，激光共聚焦成像，双光子显微镜和光学相干层析扫描)主要利用非散射光子(即弹道光子)成像。弹道光子的数量随深度增加呈指数式衰减，因此将光学聚焦范围限制在了1mm的深度。

光遗传学技术需要对特定的神经元进行光刺激，以研究其神经环路机理。但是传统的光纤植入式光遗传学对活体生物的损伤严重，不利于长期研究。早先应用在天文学中的自适应光学技术，为实现深层生物组织光刺激与成像提供了新的技术支持。

现有的非侵入式自适应光遗传学技术是基于自适应光学的精确相位校正，通过将空间光调制器分成若干分区，依次等间隔改变分区内的光束附加相位，探测其最佳光学聚焦相位。每个分区依次循环迭代，从而获得最终校正相位，对入射光束进行相位补偿，从而校正其畸变相位，形成良好光学聚焦。

但是以上精确相位校正需要消耗大量的时间，为了获得更好地光学校正，就需要划分更多的分区与更细的相位间隔。由于空间光调制器的图像刷新率较低，导致光学校正消耗大量时间，不利于活体生物中进行实时光遗传学刺激和实时高分辨率光学成像，制约了自适应光遗传技术和显微技术的推广。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明目的在于利用图像刷新率较高的数字微镜器件解决传统自适应光遗传学中空间光调制器耗时较长的问题。从光学干涉原理出发，将光束分为若干区域，并探测各分区内光束对聚焦中心的干涉作用。通过保留对聚焦中心干涉相长的区域内的光束，同时对聚焦中心干涉相消的区域内的光束附加相位差π，使其满足干涉相长条件并将其再次引入光路中。通过将原本对聚焦光斑中心起到负面作用的干涉相消的光束转为能够干涉相长的光束，使得光束得到充分利用，从而提升了光学聚焦的质量，缩短了自适应光刺激的校正时间。

为了实现上述目的，本发明的技术方案包括以下步骤：

一、一种自适应光学聚焦干涉补偿方法：

1)物镜的焦平面处不放置实验样品，用无加载分区的数字微镜器件进行光束聚焦，在物镜的焦平面处得到理想聚焦光斑，记录理想聚焦光斑的聚焦中心位置O_f；

2)将实验样品置于物镜的焦平面处，用无加载分区的数字微镜器件进行光强探测，记录获得聚焦中心位置O_f的光强值，作为光强阈值I_th；

3)将数字微镜器件的反射面分为多块区域，以每一区域依次作为目标区域，对目标区域的反射光束进行相位补偿，遍历各个区域用加载分区的数字微镜器件进行光强探测，获得各个区域对应记录到的聚焦中心位置O_f处的一系列光强值；

4)将每一光强值与光强阈值I_th进行比较，并采用以下方式处理得到判断结果：

若光强值小于光强阈值I_th，则该光强值对应的区域为不需相位补偿区域；