[发明专利]一种基于交叉相位调制的快速对焦暗场成像装置及方法

权利要求书

1.一种基于交叉相位调制的快速对焦暗场成像装置，其特征在于，包括：光源系统、交叉相位调制系统和显微成像系统，所述光源系统产生激光束并输出至交叉相位调制系统，所述交叉相位调制系统将光源系统输入的激光束分成泵浦激光束和探测激光束，所述泵浦激光束和探测激光束进行交叉相位调制后产生空心光束，并输出至显微成像系统，所述显微成像系统基于所述空心光束进行暗场成像。

2.根据权利要求1所述的快速对焦暗场成像装置，其特征在于，所述光源系统包括第一激光器(1)，所述第一激光器(1)为产生线偏振高斯激光束的连续可调谐环形钛宝石激光器。

3.根据权利要求1所述的快速对焦暗场成像装置，其特征在于，所述交叉相位调制系统包括：第一偏振分光立方体(2)、聚焦透镜(3)、第一半波片(4)、第二偏振分光立方体(5)、交叉相位调制单元(6)、第一反射镜(9)、第二半波片(8)、第二反射镜(10)和第三偏振分光立方体(7)，其中所述第一偏振分光立方体(2)、聚焦透镜(3)、第一半波片(4)、第二偏振分光立方体(5)、交叉相位调制单元(6)和第三偏振分光立方体(7)依次设于同一直线光路上，所述第一反射镜(9)、第二半波片(8)、第二反射镜(10)依次设于另一平行直线光路上；且其中由所述第一偏振分光立方体(2)、聚焦透镜(3)、第一半波片(4)和第二偏振分光立方体(5)组成泵浦光路单元，用于产生沿第一方向传输的所述泵浦激光束，由所述第一偏振分光立方体(2)、第一反射镜(9)、第二半波片(8)、第二反射镜(10)和第三偏振分光立方体(7)组成探测光路单元，用于产生与第一方向反向共线传输的所述探测激光束，所述交叉相位调制单元(6)位于所述第二偏振分光立方体(5)和第三偏振分光立方体(7)之间。

4.根据权利要求3所述的快速对焦暗场成像装置，其特征在于，其中所述第一偏振分光立方体(2)、第二偏振分光立方体(5)和第三偏振分光立方体(7)透射激光束中的水平偏振分量、并反射激光束中的竖直偏振分量；入射到交叉相位调制单元(6)中的泵浦激光束具有水平偏振态，入射到交叉相位调制单元(6)中的探测激光束具有竖直偏振态；所述第一半波片(4)和第二半波片(8)能够对偏振光的偏振方向进行旋转调节；通过第一半波片(4)和第二偏振分光立方体(5)调节入射到交叉相位调制单元(6)中的泵浦激光束的功率，通过第二半波片(8)和第三偏振分光立方体(7)调节入射到交叉相位调制单元(6)中的探测激光束的功率。

5.根据权利要求3或4所述的快速对焦暗场成像装置，其特征在于，其中所述探测光路单元中，由所述第一偏振分光立方体(2)、第一反射镜(9)、第二半波片(8)、第二反射镜(10)和第三偏振分光立方体(7)组成U型探测光路，其中所述第一反射镜(9)设置于第一偏振分光立方体(2)的反射输出端，并将第一偏振分光立方体(2)反射输出的探测激光束垂直反射至第二反射镜(10)，所述第二反射镜(10)将第一反射镜(9)反射的探测激光束垂直反射至第三偏振分光立方体(7)的光束入射端，所述第二半波片(8)设置于第一反射镜(9)和第二反射镜(10)之间。

6.根据权利要求3-5任一项所述的快速对焦暗场成像装置，其特征在于，其中所述泵浦光路单元中，由所述第一偏振分光立方体(2)、聚焦透镜(3)、第一半波片(4)和第二偏振分光立方体(5)组成直线泵浦光路，所述聚焦透镜(3)和第一半波片(4)设置于第一偏振分光立方体(2)和第二偏振分光立方体(5)之间，且第一半波片(4)位于聚焦透镜(3)的正后方，所述聚焦透镜(3)用于将泵浦激光束的腰斑聚焦于交叉相位调制单元(6)中。

7.根据权利要求1-6任一项所述的快速对焦暗场成像装置，其特征在于，所述交叉相位调制单元(6)采用装有非线性介质的比色皿，所述探测激光束和泵浦激光束以共线反向传输的方式共同作用于所述比色皿中的非线性介质，所述泵浦激光束通过非线性作用使非线性介质的折射率分布发生改变，所述探测激光束经过非线性介质后在其出射端面发生相移，并在出射远场形成包括中心暗斑和同心圆环的所述空心光束，且通过改变入射到非线性介质中泵浦激光束的功率来改变空心光束的尺寸，所述空心光束输出至显微成像系统。