[实用新型]一种基于数字微镜器件的快速精准光学聚焦增强系统

说明书

技术领域

本实用新型属于光遗传学与光学显微成像领域，特别涉及了一种基于数字微镜器件的快速精准光学聚焦增强系统，并应用于光遗传学光刺激与光学显微成像。

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，因此将光束聚焦范围限制在了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技术，或基于相干光自适应技术来进行相位补偿的。精确相位校正技术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，探测其最佳光束聚焦相位。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，形成良好光束聚焦。

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。

相干光自适应技术也是将空间光调制器分成若干分区，利用分块可变形镜或数字微镜器件对入射到空间光调制器上的光束进行快速强度调制，从而利用各光束相干得到的光强值计算出不同分区对应的光束所需的补偿相位，然后再将相位加载到空间光调制器上进行光束补偿。

虽然利用相干光自适应技术能够有效地缩短校正光束相位的时间，但是依旧无法克服空间光调制器加载相位进行校正所消耗的时间，不利于活体生物中进行实时光遗传学刺激与研究，制约了自适应光遗传技术的推广。

实用新型内容

为了解决背景技术中存在的问题，本实用新型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。利用数字微镜器件快速的刷新率，从光学衍射原理出发，将光束分为若干区域，借鉴相干光自适应技术的快速补偿相位探测技术，通过区分不同相位对光束聚焦中心的干涉作用，将对聚焦中心干涉相长的区域保留，并去除对聚焦中心干涉相消的区域，从而提升了光束聚焦的质量，省去了利用空间光调制器加载补偿相位所消耗的时间，缩短了自适应光刺激的校正时间。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案包括以下步骤：

系统包括激光器、第一光纤、准直透镜、数字微镜器件、光挡、缩束模块、扫描模块、二向色镜、显微物镜、实验样品和光强探测模块。第一光纤和准直透镜布置在激光器之后，激光器发射出光束经第一光纤传输之后通过准直透镜入射到数字微镜器件，数字微镜器件旁侧出射端置有光挡，数字微镜器件前侧出射端置有缩束模块，前方设有二向色镜；光束经二向色镜反射后经过扫描模块进入显微物镜聚焦，实验样品位于显微物镜焦平面上；实验样品内激发出的荧光经过显微物镜与扫描模块后透过二向色镜被光强探测模块接收进行光强探测。

所述的缩束模块包括前缩束模块透镜和后缩束模块透镜；前缩束模块透镜和后缩束模块透镜依次平行布置在数字微镜器件的正侧，数字微镜器件反射的光束依次经前缩束模块透镜和后缩束模块透镜平行缩束后入射到二向色镜的旁侧。

所述的扫描模块包括前扫描振镜、前光束准直透镜、后光束准直透镜、后扫描振镜、前扫描模块透镜和后扫描模块透镜；前扫描振镜、前光束准直透镜、后光束准直透镜、后扫描振镜、前扫描模块透镜和后扫描模块透镜依次布置在二向色镜的前侧，二向色镜反射的光束依次经前扫描振镜、前光束准直透镜、后光束准直透镜、后扫描振镜、前扫描模块透镜和后扫描模块透镜后入射到显微物镜。

所述的光强探测模块包括光学滤波器、准直聚焦透镜、第二光纤、聚焦透镜和光电倍增管；光学滤波器、准直聚焦透镜、第二光纤、聚焦透镜和光电倍增管依次布置在二向色的后侧，实验样品发出的荧光依次经显微物镜、后扫描模块透镜、前扫描模块透镜、后扫描振镜、后光束准直透镜、前光束准直透镜、前扫描振镜、二向色镜、光学滤波器、准直聚焦透镜、第二光纤和聚焦透镜后进入光电倍增管进行光强探测。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型利用数字微镜器件实现了快速的自适应光束聚焦增强，利用数字微镜器件快速的图像刷新速率，克服了以往利用空间光调制器进行相位校正时速度慢的问题，提升了光束聚焦与光学刺激的速度。