[发明专利]基于单轴晶体的相衬显微模块、设备及方法

说明书

本发明公开了一种基于单轴晶体的相衬显微模块、设备及方法，模块包括：第一偏振片、第二偏振片以及设置在二者之间的单轴晶体；第一偏振片和第二偏振片的偏振态正交或平行；第一偏振片用于，将携带待测物体信息的入射光转变为线偏振光；单轴晶体用于，基于光子自旋霍尔效应和/或角度色散效应，使线偏振光产生的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光发生方向相反的位移；第二偏振片用于，对左旋圆偏振光场和右旋圆偏振光场作和法或差法运算，使得当左右旋圆偏振光位移远小于光斑尺寸时，其透射光场为原入射光场的一阶微分。本方法可用于物体强度信息的边缘增强和物体相位信息的可视化。相比于传统的相衬显微技术，本发明更加直观、方便、省时。

技术领域

本发明涉及光学成像及光学信息处理领域，具体涉及一种基于单轴晶体的相衬显微模块、方法及设备。

背景技术

通过光波快速、可靠地检测和识别物体是光学成像、机器学习和人工智能的基础。光学相衬显微成像不仅可以实现物体强度信息的边缘增强，还能将透明物体的相位信息转换至强度图案。因此，光学相衬显微成像技术在光学高对比度成像、生物医疗、人脸识别、光学模拟计算等领域有着广泛的应用前景。

目前，光学相衬显微成像的方法有很多，常用的方法包括Zernike相衬显微成像、Nomarski微分干涉相衬成像以及光学空间微分显微成像。传统的Zernike相衬显微成像和Nomarski微分干涉相衬成像依赖于空间或空间频域的复杂调制，导致系统复杂，光学对准和调整困难。光学空间微分显微成像通过构建合适的传递函数，对光场进行微分处理，从而实现相衬显微。光学空间微分显微成像技术因其工作频带宽、各向同性的边缘增强特性和相对紧凑光学系统，受到人们的广泛关注。但是目前光学空间微分器主要基于金属表面等离基元和人工超表面等微纳结构，制备成本高，大规模生产困难。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于单轴晶体的相衬显微模块、设备及方法，以解决上述问题。

本发明实施例提供了一种基于单轴晶体的相衬显微模块，其包括：

第一偏振片、第二偏振片以及单轴晶体；

所述第一偏振片和第二偏振片的偏振态正交或平行，所述单轴晶体设置在所述第一偏振片和第二偏振片之间；其中：

所述第一偏振片用于，将接收到的携带待测物体信息的入射光转变为沿指定方向偏振的线偏振光；

所述单轴晶体用于，基于光子自旋霍尔效应和/或角度色散效应，使所述线偏振光产生的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光发生方向相反的位移；

所述第二偏振片用于，对左旋圆偏振光场和右旋圆偏振光场作和法或差法运算，使得当左旋圆偏振光场和右旋圆偏振光的位移远小于光斑尺寸时，其透射光场为原入射光场的一阶微分。

优选地，所述单轴晶体为钒酸钇、铌酸锂、石英、方解石、BBO单轴晶体。

优选地，所述单轴晶体产生的自旋方向相反的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光在横向上形成有由光子自旋分裂产生的位移。

优选地，所述单轴晶体的光轴相对于光束传播方向有一定的倾斜角度，改变倾斜角度可调节所述位移。

优选地，当第一偏振片和第二偏振片的偏振态正交时，实现入射光场的在一个维度上的一阶微分；

当第一偏振片和第二偏振片的偏振态平行时，同时实现入射光场在两个维度上的一阶微分。

本发明实施例还提供了一种基于单轴晶体的相衬显微设备，其包括照明模块、成像模块以及如上述的相衬显微模块。

优选地，所述成像模块包括第一物镜、第一聚焦透镜以及相机，所述相衬显微模块设置在所述第一聚焦透镜与相机之间；所述第一物镜设置在所述第一聚焦透镜前。