1 中国科学院西安光学精密机械研究所 信息光子学研究室, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京 100049
受限于空间光调制器(SLM)有限的刷新速率,现有的基于SLM的多模光纤(MMF)成像方法并不能满足对活体生物组织内窥成像的需求。考虑到数字微镜器件(DMD)的刷新速率比SLM高两个数量级,因此提出了一种基于DMD二值振幅调制的MMF出射光斑聚焦扫描技术。理论分析表明,MMF出射端任意聚焦区域内的总光强与DMD子区域的振幅调制系数之间存在二次函数关系,因此,通过DMD对MMF入射波前进行二值振幅调制,可实现对MMF出射光斑的聚焦和扫描。对于给定数目的可调制子区域,该二值振幅调制算法的调制次数是基于纯相位迭代优化算法的1/256,是基于三步移相最优相位算法的1/3。基于该技术实现了对长度为5 m、直径为105 μm的MMF出射光斑在三维空间上的聚焦和扫描。研究表明,该技术具有调制速度快、算法可靠性高、聚焦点均匀性好等优点。
成像系统 多模光纤内窥成像 聚焦扫描 二值振幅调制 数字微镜器件 全局最优解
Author Affiliations
Abstract
1 Research Department of Information Photonics, Xi’an Institute of Optics and Precision Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Xi’an 710119, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Department of Electronics Science and Technology, School of Electronic & Information Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China
Traditional one-way imaging methods become invalid when a target object is completely hidden behind scattering media. In this case, it has been much more challenging, since the light wave is distorted twice. To solve this problem, we propose an imaging method, so-called round-trip imaging, based on the optical transmission matrix of the scattering medium. We show that the object can be recovered directly from the distorted output wave, where no scanning is required during the imaging process. We predict that this method might improve the imaging speed and have potential application for real-time imaging.
110.0113 Imaging through turbid media 110.1650 Coherence imaging 110.1758 Computational imaging Chinese Optics Letters
2018, 16(4): 041102
中国科学院西安光学与精密机械研究所信息光子学研究室， 陕西 西安 710119
综述了单光纤成像技术的研究现状和动态。单光纤成像技术采用单根多模光纤进行成像，光纤既是成像器件又是传像器件，无需增加扫描器件和成像透镜便可将光纤一端视场范围内的场景一次性传输到另一端，因此又称为宽场光纤成像技术。该技术可减小成像光纤探头的直径，实现超细内窥成像。单光纤成像技术是一种计算成像方法，是在全息光学和傅里叶光学的基础上发展起来的，包括传输矩阵法和相位补偿法两种成像方法。对于多模光纤，如果可以预先得到频域（或空间域）的传输矩阵，则可以从光纤输出端光场中恢复目标图像,也可以预先测量光束通过光纤后的波前畸变。在成像系统中增加该波前畸变的共轭相位场，可以消除相应的波前畸变，从而在输出端获得不失真的目标图像。
光纤光学 内窥镜 全息 相位共轭 传输矩阵 显微成像 激光与光电子学进展
2017, 54(3): 030005
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 西北大学物理学院, 陕西 西安 710069
提出了一种基于荧光强度比值法的光纤温度传感器并通过实验来具体探究其性能。实验中采用塑料光纤来传导激励光，以及接收罗丹明B 和罗丹明110两种荧光物质发出的荧光。由于罗丹明B 对温度敏感而罗丹明110对温度不敏感，因此可通过计算两种物质的荧光强度比来标定温度。为了得到理想的测温性能，进行了大量实验以确定出可用于比值法的最佳荧光光谱范围。该传感器在25~60 ℃的范围内能稳定工作，可获得0.38 ℃的最小均方误差及0.0134 /℃的灵敏度。此外，通过实验证明该传感器对曲率半径大于9 mm 的光纤弯曲不敏感；在现场温度测量方面有较大的应用潜力。
光纤光学 荧光强度比率 谱间隔 温度传感器 塑料光纤
1 西北大学物理学院, 陕西 西安 710069
2 陕西科技大学理学院, 陕西 西安 710021
3 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
浑浊介质引起的多光散射会扭曲光波传播，使图像变得模糊。浑浊透镜成像（TLI）则可以重建这种被扭曲的图像。在该方法中，需要提取输光场的复电场（复振幅）信息，以计算浑浊介质的传输矩阵。但是CCD记录的是图像的强度信息，丢失了扭曲光场的相位信息。由于物光经过浑浊介质后变成了强度剧烈变化的散斑图像，直接进行相位解调会产生较大误差。为了消除散斑强度变化的影响，分别记录扭曲光场图像、参考光图像、干涉条纹图像和背景光图像。根据对应关系换算出干涉余弦因子，对余弦因子应用希尔伯特变换进行相位解调就可以比较准确地计算出散斑的相位。通过上述方法成功地计算出扭曲图像的复电场及浑浊介质的传输矩阵。由于对振幅的测量采用直接方法，因而对于散斑干涉条纹来说，该方法的计算结果更加准确。
成像系统 相位解调 希尔伯特变换 浑浊介质成像 光学学报
2015, 35(s1): s111005
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
建立了基于电吸收调制器(EAM)的深度成像系统数值模型. 为定量描述时序误差对系统精度的影响推导了含尺度因子的测量误差公式, 分析了光调制器参数、系统噪声和时序误差对测量误差的影响. 结果表明, 无时序误差时, 测量值标准偏差与传感器阱中信号电子数的平方根成反比, 与阱中背景电子数和信号电子数之比的平方根成正比; 采用高调制速度和高消光比的EAM 可以提高系统精度; 随着时序偏移误差增加, 系统精度将迅速下降且难以通过增加传感器阱中信号电子数的方式提升; 如要求7 m 处单幅深度图像精度小于1 cm, 则需要传感器阱深大于等于300 Ke, 时序的偏移误差小于等于±200 ps.
成像系统 飞行时间相机 电吸收调制器 测量误差 抖动和偏移误差
1 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室， 陕西 西安 710119
2 四川汇源塑料光纤有限公司塑料光纤制备与应用国家地方联合工程实验室， 四川 成都 611230
探索了新型聚合物传像光纤的制备方法。阐述了传像光纤中的光线传输理论及光纤设计理论，为传像光纤的研制提供理论指导。借助聚合物微结构光纤制作技术，在正六边形聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微结构光纤预制棒的孔洞内填充高折射率的聚苯乙烯(PS)纤维，形成一次预制棒，热拉伸后熔并再拉伸，研制出直径为0.22 mm，单丝直径为3 μm的超高分辨率传像光纤。经过测试，该传像光纤可以分辨10 μm的微刻度。探索用直径为0.25 mm的特制PMMA芯/氟塑料包层光纤经过一步排列堆积制作传像光纤预制棒，拉伸制成直径为2 mm，7200 pixel，单丝直径为20 μm的传像光纤。实验发现，吸附于光纤表面的灰尘对传像光纤的结构和图像质量有严重影响。
光纤光学 聚合物光纤 传像光纤 微结构光纤 制备
中国科学院西安光学精密机械研究所信息光子学室， 陕西 西安 710119
光纤旋转连接器经过近30年的发展，技术上已经取得了很大的进步，并趋于成熟。对光纤旋转连接器的主要功能及其最新进展进行了综述，介绍了道威棱镜式、波分复用式和反射镜式3类多通道光纤连接器的原理、技术和特点，对3类系统进行了比较，列出各类连接器的优缺点。最后对光纤旋转连接器适用场合进行了简要介绍。
光学器件 光纤旋转连接器 道威棱镜 波分复用器 消旋 K 镜 激光与光电子学进展
2013, 50(1): 010007
