[发明专利]一种参数可调轴向余弦结构光产生装置及方法

说明书

一种参数可调轴向余弦结构光产生装置及方法，主要包括激光器、线偏振片、纯相位型空间光调制器、孔径光阑、工作站。激光器发出一准直光束斜入射至纯相位型空间光调制器，在纯相位型空间光调制器前放置一偏振片以保证纯相位型空间光调制器对光的纯相位调制，通过工作站向纯相位型空间光调制器加载双环缝相位图。纯相位型空间光调制器的出射光通过第一聚光透镜，并在焦点处放置孔径光阑挡住衍射零级光，仅让衍射一级光通过，进而获得双环缝光束。最后双环缝光束通过第二聚光透镜准直和第一物镜聚焦后，在焦点区域干涉产生轴向余弦结构光。该方法为光镊等领域的结构光生成提供了很好的解决方案。

技术领域

本发明涉及光声成像领域，特别是涉及一种参数可调轴向余弦结构光产生装置及方法。

背景技术

轴向余弦型结构光是在轴向上光强呈现出余弦分布的光束，该种类光束应用广泛，如在对微米粒子、纳米粒子、自由电子、生物细胞和原子或分子等的操控的光镊技术、结构光照明荧光显微成像、光声显微成像系统中的为提升轴向分辨率的轴向调制等领域。这些技术都要求产生的结构光能够在周期和相位上可调，以满足不同的实验需求。如在光声显微成像系统中，为实现较高的横向分辨率(几微米水平)，常采用高数值孔径的物镜对激光束进行强聚焦。然而轴向分辨率则由较窄带宽的超声换能器决定，在几十微米水平，远远差于横向分辨率，有研究者则采用在轴向上使用余弦型结构光来调制光声信号来将高频信息获取，继而提升轴向分辨率。

目前有很多种方式产生轴向余弦型结构光，如用有同心双环缝的掩膜板产生双环缝光束，置于透镜后焦面处，每个环缝光束在透镜焦点处产生贝塞尔光束，进而发生干涉产生轴向余弦型结构光。该方法需要制作掩膜板，成本较高，且参数不可调。也有研究者采用两个不同锥角的锥透镜分别产生两个不同轴向波矢的贝塞尔光束，发生干涉产生轴向余弦型结构光。这种方法成本也比较高，且参数不可调，同时锥透镜产生的贝塞尔光束质量不好，导致产生的轴向余弦型结构光旁瓣光强较强，调制度不高。因此，有必要研究出一种能够产生方便、参数可调的轴向余弦型结构光生成方案。

发明内容

基于此，有必要针对上述提到的问题，提供一种参数可调轴向余弦结构光产生装置及方法。

一种参数可调轴向余弦结构光产生装置，其特征在于：所述的一种参数可调轴向结构光产生装置主要包括激光器、线偏振片、纯相位型空间光调制器、第一聚光透镜、孔径光阑、第一反射镜、第二聚光透镜、第一物镜、工作站。过程如下：

S1：激光器发出一准直光束，通过线偏振片后以一定角度斜入射至纯相位型空间光调制器；

S2：根据纯相位型空间光调制器像素数绘制双环缝相位图，并加载至纯相位型空间光调制器。纯相位型空间光调制器的出射光通过第一聚光透镜，并在焦点处放置孔径光阑挡住衍射零级光，仅让衍射一级光通过，进而获得双环缝光束；

S3:双环缝光束通过第二聚光透镜准直和第一物镜聚焦后，在焦点区域干涉产生相位和周期均可调的轴向余弦结构光。

优选的，S1中偏振片偏振方向应和纯相位型空间光调制器液晶面板长边平行，目的是使激光偏振方向平行于空间光调制器液晶分子的长轴方向，实现空间光调制器的纯相位调制，而如果偏振方向不与分子长轴平行的话，则会引起不希望的振幅调制，调制效率降低，入射光与纯相位型空间光调制器的夹角一般不超过10度，保证高的调制效率。

优选的，S2中所述双环缝由两个半径和缝宽分别为r₁、Δr₁，r₂、Δr₂同心圆环组成；