Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Low-dimensional Quantum Physics and Department of Physics, Tsinghua University, Beijing, China
2 Frontier Science Center for Quantum Information, Beijing, China
3 Jinsp Company Limited, Beijing, China
4 Beijing Institute of Technology, Beijing, China
5 Institute of Forensic Science, Ministry of Public Security Beijing, China
6 Department of Neurosurgery, Beijing Tsinghua Changgung Hospital, School of Clinical Medicine and Institute of Precision Medicine, Tsinghua University, Beijing, China
In this paper, we present a distal-scanning common path probe for optical coherence tomography (OCT) equipped with a hollow ultrasonic motor and a simple and specially designed beam-splitter. This novel probe proves to be able to effectively circumvent polarization and dispersion mismatch caused by fiber motion and is more robust to a variety of interfering factors during the imaging process, experimentally compared to a conventional noncommon path probe. Furthermore, our design counteracts the attenuation of backscattering with depth and the fall-off of the signal, resulting in a more balanced signal range and greater imaging depth. Spectral-domain OCT imaging of phantom and biological tissue is also demonstrated with a sensitivity of dB and a lateral resolution of m. This low-cost probe offers simplified system configuration and excellent robustness, and is therefore particularly suitable for clinical diagnosis as one-off medical apparatus.
Common path optical coherence tomography endoscopic probe Journal of Innovative Optical Health Sciences
2024, 17(3): 2350034
强激光与粒子束
2024, 36(4): 043011
中国计量大学计量测试工程学院，浙江 杭州 310018
针对共程Tolansky干涉测量中出现的干涉圆环嵌套问题，基于多光束反射原理建立了分析模型，通过将MATLAB的仿真实验和实体双臂Tolansky干涉系统相结合的方式进行交叉验证，结果显示嵌套环确实是由光束在干涉分光镜和干涉反射镜之间来回反射产生的多光束干涉造成的。由仿真和实验的验证显示可知，通过合理调整干涉分光镜的透射率、反射率和干涉反射镜的反射率可以对嵌套现象进行有效地抑制，为后续利用共程Tolansky干涉进行精密测量提供了理论和实验指导。
物理光学 Tolansky干涉 共程干涉 非定域 圆环嵌套
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 西安电子科技大学物理学院，陕西 西安 710071
定量相位显微成像在工业检测、生物医学和光场调控等领域具有重要的应用价值。常用的定量相位显微成像技术通过干涉的方法来获取相位的定量分布，干涉装置的稳定性、光学衍射极限的限制、相位再现时的解包裹问题、激光照明下的相干噪声，以及动态观测过程中的样品离焦等因素都会影响定量相位显微成像的分辨率和精度。本文围绕高精度定量相位显微成像中的上述关键问题展开研究，通过构建物参共路的同步相移数字全息显微结构实现稳定的实时测量；采用结构光照明的超分辨相位成像方法实现对微小物体的超分辨相位成像；利用双波长照明将纵向无包裹相位测量范围扩大到微米量级；使用低相干LED照明解决相干噪声问题；提出了基于结构光照明和双波长照明的数字全息显微自动调焦方法，可以满足对不同类型样品的长时间跟踪观测。
定量相位显微成像 物参共路 结构光照明 相位解包裹 自动调焦
1 宁波大学 红外材料及器件实验室，浙江 宁波 315211
2 先进红外光电材料与器件浙江省工程研究中心，浙江 宁波 315211
为了丰富当前可用红外材料的种类，满足新一代红外成像光学系统的轻薄化设计需求，充分利用硫系玻璃组分可调和色散参数可选两大特殊优势，开发了新型硫系玻璃材料，并且在同一系统指标要求下，分别对基于传统红外材料和基于新型硫系玻璃设计的红外光学系统进行了性能对比。基于高折射率硫系玻璃的中波双视场红外光学系统，有效实现了去锗化设计，与基于传统红外材料的红外光学系统相比较，光学系统质量减轻了35%，长度减少了15%，透过率提高了10%。基于叠层梯度折射率(gradient refractive index, GRIN)硫系玻璃的共光路、共焦面双波段红外光学系统，在非制冷型中/短波红外成像光学系统中首次实现了胶合透镜的设计，与基于传统红外材料的双波段红外光学系统相比较，光学系统质量减轻了40%，长度减少了30%，透过率提高了15%；在制冷型中/长波红外光学系统中，具有不同折射率差值Δn的GRIN硫系玻璃展现出卓越的色差校正能力，与基于传统红外材料的双波段红外光学系统相比较，光学系统质量减轻了20%，长度减少了20%，透过率提高了18%。设计结果表明，新型硫系玻璃的出现，是对现有红外材料的有益补充，为新一代红外成像光学系统提供了更为丰富的材料选择和更多的设计自由度，是实现轻薄化透射式红外光学系统的重要技术途径。
高折射率 梯度折射率(GRIN) 双波段 硫系玻璃 共口径 红外光学系统 high refractive index gradient refractive index (GRIN) chalcogenide glass dual-band common path infrared optical system 红外与激光工程
2023, 52(5): 20230102
Author Affiliations
Abstract
1 Chinese PLA General Hospital, the First Medical Center, Department of Laser Medicine, Beijing, China
2 Hainan Hospital, Chinese PLA General Hospital, Laser Medicine Center, Sanya, China
A phase-only method is proposed to transform an optical vortex field into desired spiral diffraction–interference patterns. Double-ring phase apertures are designed to produce a concentric high-order vortex beam and a zeroth-order vortex beam, and the diffracted intensity ratio of two beams is adjustable between 0 and 1. The coherent superposition of the two diffracted beams generates a brighter Airy spot (or Poisson spot) in the middle of the spiral pattern, where the singularity for typical vortex beam is located. Experiments employing circular, triangular, and rectangular phase apertures with topological charges from 3 to 16 demonstrate a stable, compact, and flexible apparatus for vortex beam conversion. By adjusting the parameters of the phase aperture, the proposed method can realize the optical Gaussian tweezer function and the optical vortex tweezer function simultaneously along the same axis or switch the experimental setup between the two functions. It also has potential applications in light communication through turbulent air by transmitting an orbital angular momentum-coded signal with a concentric beacon laser.
finite aperture diffraction phase-only beam transformation orbital angular momentum common-path interferometry optical manipulation light transmission through turbulent air Advanced Photonics Nexus
2023, 2(3): 036008
清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，北京 100084
激光器回馈干涉（又称自混合干涉）与传统的光干涉有实质不同。前者发生在激光器（光源）内部，激光介质增益对干涉效果（条纹形状等）起重要作用，而后者只发生在激光器外部的光路上。本文从应用的角度，也从和传统的激光干涉对比的角度探讨固体微片激光器回馈干涉仪的关键技术，包括对固体微片激光器回馈有特殊意义的 “弛豫振荡”、高光灵敏度（完全非接触）的形成、测量精度提高、测量速度增加、频率稳定等。还将介绍本团队研究微片激光准共路-调频回馈干涉仪应用的成果，包括回馈共焦显微技术、表面测量、振动（和声音）测量、面内位移测量、热膨胀系数测量、折射率测量等。
微片激光 准共路 调频 激光回馈 应用 激光与光电子学进展
2023, 60(3): 0312007
1 佛山科学技术学院机电工程与自动化学院, 广东 佛山 528000
2 湖北科技学院工程技术研究院, 湖北 咸宁 437100
3 佛山科学技术学院国际交流学院、继续教育学院, 广东 佛山 528000
4 广东唯仁医疗科技有限公司, 广东 佛山 528000
5 佛山科学技术学院物理与光电工程学院, 广东 佛山 528000
6 粤港澳智能微纳光电技术联合实验室, 广东 佛山 528000
非侵入式角膜在体弹性测量具有重要临床意义却尚无金标准。提出了基于光学相干层析(OCT)的光学相干弹性成像方法(OCE),实现了微气体(压强为10~40 Pa)脉冲激励下软组织的亚纳米-微米级振幅力学响应的高分辨观测。结合时域恢复曲线拟合模型(R-Model)和频域单自由度振动模型(SDOF-Model),测量了浓度(质量分数)为1.0%~2.0%的琼脂仿体和两名志愿者角膜的固有频率。测量结果表明:固有频率值不受激励压强大小的影响,且与杨氏模量的平方根正相关(皮尔逊相关系数为r≥0.98);SDOF-Model具有更好的可重复性,其平均离散系数(CV)为0.9%(琼脂仿体)和1.7%(人眼角膜),而R-Model的平均CV则高达8.4%(琼脂仿体)和42.6%(人眼角膜),即基于SDOF-Model的微激励OCE方法更适合人眼角膜固有频率的在体测量。
测量 光学相干层析成像 光学相干弹性成像 角膜生物力学 固有频率 共光路相敏探测 光学学报
2022, 42(10): 1012005
1 中北大学 信息与通信工程学院, 太原 030051
2 中北大学 电子测试技术国家重点实验室, 太原 030051
为了对液晶空间光调制器进行高精度的校准, 使其满足线性相位调制的应用需求, 采用共路外差干涉法测量了液晶空间光调制器的相位调制特性, 分析了实验系统的测量原理, 取得了液晶空间光调制器相位调制量随输入灰度值变化的实验数据, 并进行了线性校准。结果表明, 实验中所用的液晶空间光调制器的最大相位调制量为2.55π, 利用反插值法对20~240灰度范围内的相位调制曲线进行线性校正后的理论相位调制曲线非常接近理想线性曲线, 相位调制曲线与理想线性调制曲线的相关系数可达0.9996; 该测量方法可克服传统测量方法对图像处理的依赖性, 具有较高的测量精度, 相位调制量直接通过锁相放大器就可获得。该研究为基于液晶空间光调制器的高精度波前校正和精密测量提供了参考。
测量与计量 液晶空间光调制器 共路外差干涉 相位调制 measurement and metrology liquid crystal spatial light modulator common-path heterodyne interferometry phase modulation
1 浙江大学光电科学与工程学院, 现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
2 浙江大学宁波研究院, 浙江 宁波 315100
3 山西大学极端光学协同创新中心, 山西 太原 030006
4 清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 北京 100084
5 上海电力学院, 上海 200090
本文提出了一种共路并行荧光辐射差分超分辨显微成像方法,利用单个空间光调制器(SLM)同时产生两个相位灰度图,对入射激光的水平偏振分量和垂直偏振分量同时进行调制,使得最终的会聚光场由错开的高斯实心光斑和空心光斑组成。在样品面上,利用错开的实心光斑和空心光斑同时对样品进行扫描,与此同时在探测端利用两个探测器同时收集错开光斑所激发的荧光信号,采用荧光辐射差分(FED)方法对采集的图像进行处理,就可以实现对样品的快速超分辨成像。与传统的并行荧光辐射差分超分辨显微术相比,本方法在保留了将成像速度提高一倍的优势的同时克服了非共路并行系统中不同器件引入的噪声、漂移对图像质量的影响,并简化了光路。实验结果表明所提共路并行荧光辐射差分超分辨显微成像方法具有良好的超衍射极限成像能力。
显微 荧光显微镜 快速超分辨成像 荧光辐射差分技术 共路并行探测 中国激光
2021, 48(16): 1607002
