[发明专利]一种基于高速波前调制的多模光纤三维成像装置及方法

权利要求书

1.一种基于高速波前调制的多模光纤三维成像装置，包括激光器、将所述激光器的光束分为物光和参考光的第一分束镜、用于测量传输矩阵的测量组件以及用于记录样品反射光或样品荧光的光强信息的光电探测器，其特征在于：

所述物光的光路上设有对所述物光进行调制的数字微镜阵列和用于传输调制后物光的多模光纤，所述多模光纤的输入端设有将所述调制后物光进行耦合的第一物镜；

所述测量组件包括设置在所述多模光纤的输出端的第二物镜、用于反射所述参考光并使所述物光与所述参考光进行干涉的第二分束镜、用于记录所述物光与所述参考光的干涉情况的相机以及与所述相机通讯连接的计算机；

测量传输矩阵时，将所述多模光纤的输出端连接至所述第二物镜，利用所述测量组件得到第二物镜的焦平面对应的三维空间传输矩阵；收集样品三维图像时，将样品放置到所述多模光纤的输出端；

所述的物光的光路上还设有将所述物光反射到所述的数字微镜阵列的反射镜，经所述数字微镜阵列反射的物光的光路上设有第一4F系统和将样品光强信息传输至所述光电探测器的传输件。

2.根据权利要求1所述的多模光纤三维成像装置，其特征在于：所述的第一4F系统的频谱面上设有用于滤掉除-1级衍射光之外的光的光阑。

3.根据权利要求1所述的多模光纤三维成像装置，其特征在于：所述的样品为荧光样品，所述的传输件为二向色镜。

4.根据权利要求1所述的多模光纤三维成像装置，其特征在于：所述的样品为非荧光样品，所述的传输件为分束镜。

5.根据权利要求1所述的多模光纤三维成像装置，其特征在于：所述的多模光纤上设有沿光纤且垂直设置的夹持机构。

6.根据权利要求1所述的多模光纤三维成像装置，其特征在于：所述的激光器与所述的第一分束镜之间设有用于对激光器发出的激光光束进行扩束的第二4F系统。

7.一种基于高速波前调制的多模光纤三维成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将激光器发出的激光光束分为物光和参考光；

2)利用数字微镜阵列对物光进行相位调制，并将调制后的物光耦合到多模光纤中；

3)物光经所述多模光纤出射后形成的光斑与参考光进行干涉，对干涉图样进行记录；

4)计算机根据相机记录的干涉图样计算三维空间的传输矩阵；

5)利用三维空间的传输矩阵在数字微镜阵列上加载全息图来调制入射光，入射光经耦合进入多模光纤中，并在三维空间生成聚焦光斑或在多模光纤的输出端进行三维点扫描；

6)由光电探测器接收样品反射光或样品荧光的光强信息，按照设定的扫描顺序将光强信息重组得到图像，并在三维方向上合成，得到样品的三维高分辨成像。

8.根据权利要求7所述的多模光纤三维成像方法，其特征在于，步骤4)包括：

通过计算机解出物光从多模光纤中输出的光斑的复振幅分布E_out；

变换数字微镜子阵列的全息图，将入射光复振幅E_in和出射光复振幅E_out建立联系E_out＝KE_in，得出物镜焦平面对应的传输矩阵K；

将得到的传输矩阵K在频率域乘上相应位置的空间传递函数Trans，得出三维空间的传输矩阵K'。